1.6　电子制作调试与故障排查

电子制作通过调试，可使其满足各项性能指标，达到设计技术要求。在调试过程中，可以发现电路设计和实际制作中的错误与不足，不断改进设计制作方案，使其更加完善。调试工作又是应用理论知识解决制作中各种问题的主要途径。通过调试，可以提高制作者的理论水平和解决实际问题的能力。

整机调试是在整机装配以后进行的。电子产品的质量固然与元器件的选择、印制电路板的设计制作、装配焊接工艺密切相关，但也与整机的调试步骤和方法分不开。在这一阶段，不但要实现电路达到设计时预想的性能指标，对整机在前期加工工艺中存在的缺陷，也应尽可能进行修改和补救。整机的调试包括调整和测试两个方面，即用测试仪器仪表调整电路的参数，使其符合预定的性能指标要求，并对整机的各项性能指标进行系统测试。

1.6.1　电子制作测量

测试是在安装结束后对电路的工作状态和电路参数进行测量。

1.测量前的准备工作与仪器和仪表的选择

①布置好场地，有条理地放置好测量用的图样、文件、工具、备件，准备好测量记录本或测试卡。

②检查各单元或各功能部件是否符合整机装配要求，初步检查有无错焊、漏焊、线间短路等问题。

③要了解整机和各单元的性能指标及电路工作原理。

④要熟悉在测量过程中查找故障和消除故障的方法。

⑤根据技术文件的要求，正确地选择和确定测量仪器和仪表、专用测量设备，熟练掌握仪表的性能和使用方法。

⑥按照测量说明和工艺文件的规定，选好仪器和仪表的量程，调准零点。

⑦仪器和仪表要预热到规定的预热时间。

⑧各测量仪表之间、测量仪表与被测整机的公共参考点（零线，也称公共地线）应连在一起，否则得不到正确的测量结果。

⑨被测电量的数值不得超过测量仪表的量程，否则将打坏指针，甚至烧坏表头。如果预先不知道被测电量的大致数值，可以先将量程放在最高挡，逐步调整到合适的量程。若被测信号很大时，要加衰减器进行衰减。

⑩有MOS元器件的测试仪表或被测电路，电路和机壳都必须良好接地，以免损坏MOS元器件。

用高灵敏仪表（如毫伏表、微伏表）进行测量时，不但要有良好的接地，它们之间的连接线还要采用屏蔽线。

高频测量时，应使用高频探头直接和被测点接触，地线越短越好，以减小测量误差。

2.测量技术

测量是调试的基础，准确的测量为调试提供依据。通过测量，一般要获得被测电路的有关参数、波形、性能指标及其他必要的结果。测量方法和仪表的选用应从实际出发，力求简便有效，并注意设备和人身安全。测量时，必须根据模拟电路的实际情况（如外接负载、信号源内阻等），不能由于测量而使电路失去真实性，或者破坏电路的正常工作状态。要采取边测量、边记录、边分析估算的方法，养成求实作风和科学态度。对所测结果立即进行分析、判断，以区别真伪，进而决定取舍，为调试工作提供正确的依据。

电路的基本测量项目可分为两类，即静态测量和动态测量。测量顺序一般是先静态后动态。此外，根据实际需要有时还进行某些专项测量，如电源波动情况下的电路稳定性检查、抗干扰能力测定，以确保装置能在各种情况下稳定、可靠地工作。静态测量一般指输入端不加输入信号或加固定电位信号，使电路处于稳定状态。静态测量的主要对象是有关工作点的直流电位和直流工作电流。动态测量是在电路输入端输入合适的变化信号。动态测量常用示波器观察测量电路有关点的波形及其幅度、周期、脉宽、占空比、前后沿等参数。

例如，晶体管交流放大电路的静态测量是对晶体管静态工作点的检查，动态测量要在输入端注入一个交流信号，用双踪示波器监测放大电路的输入、输出端，可以看到交流放大器的主要性能，如交流信号电压放大量、最大交流输出幅值（调节输入信号的大小）、失真情况及频率特性（当输入信号幅度相同、频率不同时，输出信号的幅度和相位曲线）等。根据测量结果，结合电路原理图进行分析，确定电路工作是否正常，为查找故障和调试工作提供依据。

1.6.2　电子制作调试

电子制作调试工作一般分分调和总调。分调的目的是使组成装置的各个单元电路工作正常，在此基础上，再进行整机调试。整机调试又称总调和联调，通过联调，才能使装置达到预定的技术要求。

1.调试方法

电子制作产品组装完成以后，一般需调试才能正常工作。不同电子产品的调试方法有所不同，有一些普遍规律。电子电路调试是电子技术人员的一项基本操作技能，掌握一定的电子电路理论，学会科学的分析方法及实际工作中积累的经验是电子制作调试的保证。

调试的关键是善于对实测结果进行分析。科学的分析以正确的测量为基础。根据测量得到的数据、波形和现象，结合电路进行分析、判断，确定症结所在，进而拟定调整、改进措施。可见，测量是发现问题的过程，调试是解决问题、排除故障的过程。调试后的再测量，往往又是判断和检验调试是否正确的有效方法。

通常，电路由各种功能的单元电路组成，有两种调试方法：一是装好一级单元电路调试一级，即分级调试法；另一种是装好整机电路后统一调试，即整机调试法，应当根据电路复杂程度确定调试方法。一般较为复杂的电路，在调试过程中，采取分级调试法较好。两种调试方法的调试步骤基本是一样的。

（1）检查电路及电源电压

检查电路元器件是否接错，特别是晶体管引脚、二极管的方向、电解电容的极性是否接对；检查各连接线是否接错，特别是直流电源的极性以及电源与地线是否短接，各连接线是否焊牢，是否有漏焊、虚焊、短路等现象，检查电路无误后才能进行通电调试。

（2）调试供电电源

一般的电子设备都是由整流、滤波、稳压电路组成的直流稳压电源供电的，调试前要把供电电源与电子设备的主要电路断开，先把电源电路调试好，才能将电源与电路接通。当测量直流输出电压的数值、纹波系数和电源极性与电路设计要求相符并能正常工作时，方可接通电源，调试主电路。若电子设备是由电池供电的，则应按规定的电压、极性装接好，检查无误后，再接通电源开关，同时要注意电池的容量应能满足设备的工作需要。

（3）静态调试

静态调试是在电路没有外加信号的情况下调节电路各点的电压和电流，有振荡电路时可暂不接通。对于模拟电路，主要应调节各级的静态工作点；对于数字电路，主要调节各输入、输出端的电压和各单元电路间的逻辑关系，并将结果与设计值相比较，如相差较大，则先调节各有关可调零部件，如还不能纠正，则要从以下几方面分析原因：①电源电压是否正确；②电路安装有无错误；③元器件型号是否选对，本身质量是否有问题等。

一般来说，在能正确安装的前提下，交流放大电路比较容易成功。因为交流电路的各级之间以隔直流电容器互相隔离，在调节静态工作点时互不影响。对于直流放大电路来说，由于各级电路直流相连，各点电流、电压互相牵制，有时调节一个晶体管的静态工作点，会使各级电压、电流都会发生变化。所以在调节电路时要有耐心，一般要反复多次调节才能成功。

（4）动态调试

动态调试就是在整机输入端加上信号，检查电路的各种指标是否符合设计要求，包括输出波形、信号幅度、信号间的相位关系、电路放大倍数、频率、输出动态范围等。动态调试时，可由后级开始逐级向前检测，这样容易发现故障，及时改进。例如，在收音机的输入端送入高频信号或直接接收电台信号，调节中频频率、频率覆盖范围和灵敏度，使其满足设计要求。调节电子电路的交流参数最好有信号发生器和示波器。对于数字电路来说，由于多数采用集成电路，因此调试工作量要少一些。只要元器件选择符合要求，直流工作状态正常，则逻辑关系通常不会有太大的问题。

（5）指标测试

电路正常工作之后，即可进行技术指标测试。根据设计要求，逐个测试指标完成情况，凡未能达到指标要求的，需分析原因，重新调试，以便达到技术指标要求。

（6）负荷实验

调试后，还要按规定进行负荷实验，并定时对各种指标进行测试，做好记录。若符合技术要求，则调试完毕。

调试结束后，需要对调试全过程中发现问题、分析问题到解决问题的经验、教训进行总结，并建立技术档案，积累经验，有利于日后对产品使用过程中的故障运行维修。单元电路调试（分调）的总结内容一般有测调目的、使用仪器仪表、电路图与接线图、实测波形和数据、计算结果（包括绘制曲线）及调试结果和有关问题的分析讨论（主要指实测结果与预期结果的符合情况，误差分析和调试中出现的故障和排除等）。总调的总结内容常有方框图、逻辑图、电路原理图、波形图等。结合这些图简要解释装置的工作原理，同时指出所采用的设计技巧、特点，将调试过程中遇到的问题和异常现象提高到理论上进行分析，以便于今后改进。

2.调试时应注意的问题

电子制作调试时，通常应注意以下问题。

（1）上电观察

产品调试，首次通电时不要急于试机或测量数据，要先观察有无异常现象发生，如冒烟、发出油漆气味、元器件表面颜色改变等。

用手摸元器件是否发烫，特别要注意末级功率比较大的元器件和集成电路的温度，最好在电源回路中串入一块电流表，如有电流过大、发热或冒烟等情况，应立即切断电源，待找出原因、排除故障后方可重新通电。对于学习电子制作的初学者，为防意外，可在电源回路中串入一个限流电阻器，电阻值在几欧左右，用于有效限制电流过大，一旦确认无问题后，再将限流电阻器去掉，恢复正常供电。

（2）正确使用仪器

正确使用仪器包含两方面的内容：一方面应能保障人机安全，避免触电或损坏仪器；另一方面只有正确使用仪器，才能保证正确的调试。否则，错误的接入方式或读数方法，均会使调试陷入困境。例如：

当示波器接入电路时，为了不影响电路的幅频特性，不要用塑料导线或电缆线直接从电路引向示波器的输入端，而应当采用衰减探头。

当示波器测量小信号波形时，要注意示波器的接地线不要靠近大功率元器件的地线，否则波形可能出现干扰。

在使用扫频仪测量检波器、鉴频器，或者电路的测试点位于三极管的发射极时，由于这些电路本身已经具有检波作用，故不能使用检波探头，而在用扫频仪测量其他电路时，均应使用检波探头。

扫频仪的输出阻抗一般为75Ω，如果直接接入电路，会短路高阻负载，因此在信号测试点需要接入隔离电阻器或电容器。

在使用扫描仪时，仪器的输出信号幅度不宜太大，否则将会使被测电路的某些元器件处于非线性工作状态，导致特性曲线失真。

（3）及时记录数据

在调试过程中，要认真观察、测量和记录，包括记录观察到的现象，测量的数据、波形及相位关系等，必要时在记录中还要附加说明，尤其是那些与设计要求不符合的数据，更是记录的重点。依据记录的数据，才能够将实际观察到的现象和设计要求进行定量对比，便于找出问题，加以改进，使设计方案得到完善。通过及时记录数据，也可以帮助自己积累实践经验，使设计、制作水平不断提高。

（4）焊接应断电

在电子制作调试过程中，当发现元器件或电路有异常需要更换或修改时，必须先断开电源后再焊接，待故障排除确认无误后，才可重新通电调试。

（5）复杂电路的调试应分块

①分块规律。在复杂的电子产品中，其电路通常都可以划分成多个单元功能块，这些单元功能块都能相对独立地完成某种特性的电气功能，并可以进一步细分为几个具体电路。细分的界限通常有以下规律：

对于分立元器件，通常是以某一两个三极管为核心；

对于集成电路，一般是以某个集成电路为核心。

②分块调试的特点。复杂电路的分块调试，是指在整机调试时，可对各单元功能块分别加电，逐块调试。这种方法可避免各单元功能块之间电信号的互相干扰。一旦发现问题，可大大缩小搜寻原因的范围。

实际上，有些设计人员在进行电子产品设计时，往往都为各个单元功能块设置了一些隔离元器件，如电源插座、跨接线或接通电路的某一电阻等。整机调试时，除了正在调试的电路外，其他部分都被隔离元器件断开而不工作，因此不会相互干扰。当每个单元功能块都调试完毕后，再接通各个隔离元器件，使整个电路进入工作状态。

对于那些没有设置隔离元器件的电路，可以在装配的同时逐级调试，调好一级再焊接下一级。

（6）直流与交流状态间的关系

在电子电路中，直流工作状态是电路工作的基础。直流工作点不正常，电路就无法实现特定的电气功能。因此，在成熟的电子产品原理图上，一般都标注有直流工作点（三极管各极直流电压或工作电流、集成电路各引脚工作电压、关键点信号波形等），作为整机调试的参考依据。由于元器件的参数都具有一定的误差，加之所用仪表内阻的影响，实测得到的数据可能与标注的直流工作点不完全相同，但因两者之间的变化规律是相同的，所以误差不会太大，相对误差一般不会超出±10%。当直流工作状态调试结束以后，再进行交流通路的调试，检查并调节有关元器件，使电路完成预定的电气功能。

（7）出现故障时要沉住气

调试出现故障时，属正常现象，不要手忙脚乱，要认真查找故障原因，仔细进行判断，切不可解决不了就拆掉电路重装。因为重新安装的电路仍然会存在各种问题，如果原理上有错误，则不是重新安装就能解决的。

1.6.3　调试过程中的常见故障

故障无非是由于元器件、线路和装配工艺三方面的原因引起的，如元器件失效、参数发生偏移、短路、错接、虚焊、漏焊、设计不当和绝缘不良等，都是导致发生故障的原因，常见的故障如下。

①焊接工艺不当，虚焊造成焊接点接触不良，接插件（如印制电路板）和开关等接触不良。

②由于空气潮湿，使印制电路板、变压器等受潮、发霉或绝缘性能降低，甚至损坏。

③元器件检查不严，某些元器件失效，如电解电容器的电解液干涸，导致电解电容器失效或因损耗增加而发热。

④接插件接触不良，如印制电路板插座弹簧片弹力不足，继电器触点表面氧化发黑，造成接触不良，控制失灵。

⑤元器件的可动部分接触不良，如电位器、半可变电阻的滑动点接触不良，造成开路或噪声增加等。

⑥线扎中某个引出端错焊、漏焊。在调试过程中，由于多次弯折或受振动而使接线断裂，或是紧固的零件松动（如面板上的电位器和波段开关），来回摆动，使连线断裂。

⑦由于元器件排布不当、相碰而引起短路，有的是连接导线焊接时绝缘外皮剥除过多或因过热而后缩，也容易和别的元器件或机壳相碰引起短路。

⑧线路设计不当，允许元器件参数的变动范围过窄，以致元器件参数稍有变化，就不能正常工作，如由于使用不当或负载超过额定值，使晶体管瞬时过载而损坏（如稳压电源中的大功率硅管由于过载引起的二次击穿，滤波电容器的过压击穿引起的整波二极管的损坏等）。

⑨由于某些原因造成机原先调谐好的电路严重失谐等。

以上列举了电子制作产品装配后出现的一些常见故障，也就是说，这些都是电子产品的薄弱环节，是查找故障原因时的重点怀疑对象。一般来说，电子产品任何部分发生故障，都会引起工作不正常。不同类型的电子制作产品，出现的故障各不相同，有时同类电子制作产品故障类别也并不一致，应按一定程序，根据电路原理进行分段检测，将故障范围定在某一部分电路后，再进行详细检查和测量，最后加以排除。

1.6.4　调试过程中的故障排查

有经验的调试人员总结出12种具体排查故障的常用方法。

（1）不通电观察法

在不通电的情况下，用直观的办法或使用万用表电阻挡检查有无断线、脱焊、短路、接触不良，检查绝缘情况、熔丝通/断、变压器好坏、元器件情况等。因为许多故障是由于安装焊接工艺上的原因造成的，用眼睛观察就能发现问题。盲目通电检查反而会扩大故障范围。

（2）通电检查法

打开机壳，接通电源，观察是否有冒烟、烧断、烧焦、跳火、发热的现象。如有这些情况，一定要做到“发现故障要断电，查了线路查元器件”。在观察无果的情况下，用万用表和示波器对测试点进行检查。可重复开机几次，但每次时间都不要太长，以免扩大故障范围。

（3）信号替代法

选择有关的信号源，接入待检的输入端，取代该端正常的输入信号，判断各级电路工作情况是否正常，从而迅速确定产生故障的原因和所在部位。检查的顺序是，从后往前，逐级前移。

（4）信号寻迹法

将单一频率的信号源加在电路输入单元的入口后，用示波器、万用表等测量仪器，从前向后逐级观察电路的输出电压波形或幅度。

（5）波形观察法

用示波器检查各级电路的输入、输出波形是否正常，是检修波形变换电路、振荡器、脉冲电路的常用方法。这种方法对于发现寄生振荡、寄生调制或外界干扰及噪声等引起的故障具有独到之处。

（6）电容旁路法

利用适当容量的电容器，逐级跨接在电路的输入、输出端上，当电路出现寄生振荡或寄生调制时，观察接入电容后对故障的影响，可以迅速确定有问题的电路部位。

（7）元（部）件替代法

用好的元器件或部件替代有可能产生故障的部分，若能正常工作，则说明故障就在被替代的部分里。这种方法方便，不影响生产。

（8）整机比较法

用正常的、同样的整机与有故障的整机比较，发现其中的问题。这种方法与替代法相似，只是比较的范围大一些。

（9）分割测试法

逐级断开各级电路的隔离元器件或逐块拔掉各印制电路板，把整机分割成多个相对独立的单元电路，测试其对故障电路的影响。例如，从电源电路上切断负载并通电观察，逐级接通各级电路测试，这是判断电源本身故障还是某级电路负载故障的常用方法。

（10）测量直流工作点法

根据电路原理图，测量各点的直流工作电压并判断电路的工作状态是否正常。

（11）测试电路元器件法

把可能引起电路故障的元器件卸下来，用测试仪器仪表对其性能和参数进行测量。若损坏，则更换。

（12）调节可调元器件法

在检修过程中，如果电路中有可调元器件（如电位器、可调电容器及可变线圈等），则可适当调节参数，观测对故障现象的影响。注意，在决定调节这些元器件之前，要对原来的位置做个记号。一旦发现故障不在此处，则要恢复到原来的位置。