Что нужно для измерения больших токов?

Большинство цифрсьых мулыиметрсг- нс предусматривает измерение гглщ превышающих 1 А. (На самом деле практически все цифровые тестеры позволяют измерять ток вплоть до 10 А. Другое дело, что при этом используется отдельное гнездо прибора, к которому не подключен предохранитель. Таким образом, при измерении токов до 200 мА следует использовать одно гнездо, с плавкой вставкой, а при измерении больших токов — другое, и только на короткое время. Гнезда соответствующим образом маркируются. — Примеч. ред.) Типичный же мультиметр имеет максимальный предел измерения постоянного тока всего 200 миллиампер. Попытка измерить больший ток приведет к выгоранию предохранителя внутри прибора. Однако аналоговые мультиметры (особенно это касается старых моделей) позволяет мерять токи от 5 до 10 А.

Таким образом, аналоговые тестеры могут пригодиться, если необходимо измерить ток от электродвигателя или при тестировании схемы с большим потреблением. Если же под рукой имеется только цифровой прибор с ограничением на величину тока, то можно с успехом измерять практически любые токи используя низкоомный резистор с большой допустимой мощностью. Подробнее об этом способе измерения было рассказано в главе 7.

Независимо от типа мультиметра — аналоговый ли он или цифровой — прибор всегда показывает превышение максимального предела измерения. У цифровых тестеров на дисплее высвечивается 1 в крайнем левом разряде (иногда мигающая) или символ OL. На аналоговых тестерах превышение максимума видно по тому, что стрелка зашкаливает. Если же превышение отображается на приборе с автоматической подстройкой диапазона, то это свидетельствует о том, что такая величина слишком велика для измерения данным прибором. Впрочем, такое превышение максимального предела можно встретить и при измерении электропроводности цепи, в которой присутствует разрыв — в данном случае это просто-напросто значит, что сопротивление настолько велико, что даже на максимальном пределе отобразить его не представляется возможным (бесконечность).

Избегайте превышения верхнего предела измерений для аналоговых мультиметров, поскольку значительные перегрузки могут повредить столь прецизионный прибор. По этой причине имеет смысл всегда заранее устанавливать наибольшее ожидаемое значение предела измерений, а уже потом понижать его при необходимости. Такой подход предохраняет стрелку от ударов об ограничитель шкалы при перегрузке.

Дополнительные полезные функции

Как уже упоминалось в разделе "Основы измерений мультиметром", все стандартные измерительные приборы данного типа позволяют измерять постоянное и переменное напряжения и токи, а также сопротивления. Однако существующие на рынке цифровые мультиметры часто предлагают и дополнительные функции. Некоторые из них могут заметно облегчить измерения или улучшить их точность. Перечислим их.

> Тест работоспособности и номинала конденсаторов. Вследствие значительной длины стандартных выводов мультиметра (Провода обладают собственной, иногда довольно значительной (100-400 пкФ), емкостью. — Примеч. ред.) большинство тестеров имеет специальные гнезда для максимально точного измерения емкости. В них вставляются выводы конденсатора, а на дисплее при этом отображается номинал.

> Тест работоспособности диодов. Во многих цифровых мультиметрах присутствует специальная функция проверки диодов. В принципе, аналоговые тестеры также способны выявить неисправность диода при использовании шкалы для измерения малых напряжений. Более детально о тестировании диодов будет написано в соответствующем разделе ниже по тексту главы.

> Тест работоспособности транзисторов. Простую проверку функционирования транзисторов позволяют выполнять как цифровые, так и аналоговые тестеры. Для аналоговых мультиметров тест производится так же, как и при проверке диодов. (Транзистор можно условно и очень упрощенно представить как пару последовательно соединенных диодов. — Примеч. ред.) В цифровых же приборах присутствуют специальные гнезда, в которые вставляются выводы транзистора.

> Подстройка нуля. Цифровые мультиметры самостоятельно устанавливают нуль перед началом измерений, но для аналоговых и некоторых более старых цифровых моделей необходимо выставлять нуль самостоятельно. Необходимость установки нуля и правильный ее способ описаны в руководстве по эксплуатации прибора.

Настройка мультиметра

Перед использованием мультиметра логично будет убедиться, что он работает правильно. Малейшая неисправность может привести к получению абсолютно неправильных результатов, и вы можете даже не заметить этого.

Современные тестеры, особенно это касается цифровых, чаще всего работают на батарейках. Если на дисплее появился символ, предупреждающий о севшей батарее, то нужно сразу же заменить ее. Лучше всего использовать алкалайновые батареи и, естественно, исключительно новые. Большинство мультиметров не предназначено для работы от перезаряжаемых (никель-кадмиевых) элементов питания, в частности потому, что они дают немного меньшее напряжение по сравнению с одноразовыми батарейками. По этой причине использовать аккумуляторы можно только в том случае, если это явно разрешено в руководстве по эксплуатации прибора.

Для проверки работоспособности мультиметра выполните следующие простые операции.

1. Включите прибор и поставьте переключатель в положение для измерения сопротивления (омы). Если мультиметр не имеет функции автоподстройки диапазона, то необходимо выставить наиболее низкий предел измерений.

2. Установите оба вывода в соответствующие гнезда на мультиметре и соедините между собой щупы, как показано на рис. 9.8.

3. На дисплее мультиметра должен появиться 0 или число, максимально близкое к нему.

Если в мультиметре отсутствует функция автоподстройки диапазона измерения, то после замыкания выводов между собой необходимо нажать кнопку установки нуля. В аналоговых тестерах для той же цели нужно покрутить головку и установить нуль вручную. Для полностью автоматических же мультиметров достаточно просто замкнуть щупы, подождать пару секунд — прибор сам установит нуль.

Есть еще несколько полезных мелочей, о которых следует помнить при работе с мультиметром.

> Избегайте случайных касаний пальцами металлических концов щупов во время измерений. Сопротивление человеческого тела может негативно повлиять на результат измерений.

> Необходимо быть совершенно уверенным, что кончики щупов чисты. Грязь или ржавчина могут также привести к изменению результата. Очищать щупы от загрязнений можно тем же очистителем, который используется и для очистки электрических контактов. При необходимости можно прочистить и гнезда в самом приборе.

> Перепроверьте, чтобы переключатель мультиметра стоял именно в положении измерения сопротивления, и если тестер не имеет автоподстройки диапазона, то нужно самому установить наименьший предел измерений.

Мультиметр можно считать откалиброванным тогда, когда при замыкании щупов вместе на дисплее или шкале прибора отображается нулевое сопротивление. Этот простой тест лучше проделывать всякий раз перед использованием тестера.

Измерение сопротивления воды из-под крана

А теперь давайте попробуем использовать мультиметр для проведения простого научного эксперимента, который не только наглядно продемонстрирует сам процесс измерения, но и покажет, сколько разной грязи содержится в питьевой воде.

Итак, начнем.

1. Возьмите два чистых стеклянных стакана.

2. Промойте оба стакана дистиллированной водой. Дистиллированную воду можно приобрести в аптеке

3. Наполните один стакан дистиллированной водой, а другой обычной водой из-под крана.

4. Настройте мультиметр на режим измерения сопротивления.

Если мультиметр не имеет автоподстройки диапазона, то необходимо самостоятельно поставить максимальный предел - он должен быть не менее 200 кОм.

5. Приложите друг к другу щупы тестера таким образом, чтобы их металлические кончики НЕ соприкасались друг с другом, и скрепите их вместе, например, резинкой.

6. Погрузите получившийся импровизированный зонд в стакан с дистиллированной водой и запишите показания мультиметра. При необходимости уменьшите диапазон измерений.

7. А теперь погрузите свой двойной щуп в стакан с обычной сырой водой и запишите показания опять.

На уроках физики в старшей школе вы должны были учить материал об электропроводности воды. Однанко, собственно, утверждение о том, что вода проводит электричество, не верно на 100%, а требует оговорок. Так, сама вода является изолятором, ток же проводят примеси, присутствующие в ней. Дистилированная вода практически лишена всех минералов, и потому имеет очень высокое сопротивление току. Проводимость воды значительно зависит от места жительства: она может содержать те или иные соли и примеси в разных количествах, в результате чего может проводить ток лучше или хуже. Все посторонние примеси улучшают электропроводность воды, соответственно, ее сопротивление уменьшается.

Наши собственные тесты показали, что сопротивление между выводами мультиметра, погруженными в дистиллированную воду, равно 140 кОм, а сопротивление воды из-под крана — всего 40 кОм. Ваши тесты могут дать другие результаты вследствие различий в составе воды в разных местностях, но система останется.

Как утверждалось в разделе "Мультиметр на ладони", многие цифровые мультиметры имеют функцию проверки электропроводности со звуковым сигнатом, который звучит каждый раз, когда сопротивление цепи приближается к 0 Ом. Однако не следует использовать этот режим для установки нуля прибора — сигнал начинает звучать тогда когда сопротивление цепи не равно нулю, а только близко к нему, поэтому калибровка мультиметра таким образом чревата большими погрешностями. Для правильной настройки тестера при калибровке используйте только режим измерения сопротивления.

Если при касании щупов друг друга на дисплее не отображается нуль или близкое ело, то первое, что нужно сделать — это проверить, правильно ли установлен переключатель мультиметра. Если был установлен режим измерения тока или напряжения, то будет вполне естественно, что показания дисплея будут далеки от ожидаемых. Если же переключатель стоит в правильном положении, то, скорее всего, где-то переломился провод вывода. Тогда следует заменить вывод новым.

После проверки и калибровки самого измерительного прибора можно смело выбирать требуемую функцию и диапазон измерений и переходить к работе со схемой.

Пять основных измерений, которые можно выполнить с помощью мультиметра

Итак, мультиметр включен и настроен, и все готово для начала работы. В этом разделе пришло время узнать о пяти основных типах измерений, которые можно выполнить с помощью мультиметра

Измерение напряжения

Получает ли схема достаточное напряжение? Чтобы ответить на этот животрепещущий вопрос, можно воспользоваться все тем же тестером. Проверки напряжения проводятся при подключенной к источнику питания схеме. Проверять напряжения можно практически во всех узлах схемы, не только уровень питания на источнике или батарейке. Эта процедура предельно проста и заключается в правильной установке щупов: черный вывод нужно поставить на точку с потенциалом земли, а красный — на точку, потенциал которой и нужно измерить.

Таким образом, для выполнения данного измерения сделайте следующее.

1. Настройте мультиметр, как описано в разделе "Настройка мультиметра".

2. Поставьте черный вывод мультиметра в точку с потенциалом земли.

3. Поставьте красный вывод мультиметра в точку, потенциал которой необходимо узнать.

Пару примеров тестирования напряжения показаны на рис. 9.9, оба для схемы на ИМС таймера 555. На верхнем рисунке показана процедура измерения напряжения питания схемы, на нижней — процедура измерения напряжения на выходе таймера. Вследствие того, что сигнал на выходе таймера относится к цифровым, выходное напряжение постоянно меняется от нуля до единицы и обратно.

Сигналы, которые генерируют различные электронные схемы, могут изменяться во времени столь быстро, что мультиметр просто не сможет адекватно реагировать на эти изменения. Дело в том, что сам мультиметр — довольно инерционный прибор, и для измерения быстро меняющихся сигналов следует использовать логический пробник или осциллограф. Подробнее об этих инструментах можно будет прочесть в главе 10.

Измерение тока

Как и для напряжения, проверка тока производится при включенном питании схемы. Отличием является лишь метод измерения: тестер необходимо включить в цепь последовательно с источником питания, так как для измерения тока нужно, чтобы ток протекал через регистрирующий прибор. Такое измерение ответит на вопрос, какой ток потребляет вся схема. Однако следует помнить, что многие цифровые мультиметры имеют ограничение по току до 200 миллиампер или даже менее. Будьте внимательны: если ваш прибор не предназначен для измерения больших токов, то не следует пытаться провести измерение.

Аналогично описанной выше процедуре можно измерять ток, протекающий в любом из узлов схемы или даже через один-единственный компонент. На рис. 9.10 показан пример измерения тока, протекающего через светоизлучающий диод. Не забудьте, что тест проводится при переключателе, установленном в положение "миллиамперы".

Любые измерения тока проводятся одинаково: тестер включается в цепь последовательно, как показано на рис. 9.10. Черный вывод нужно установить в точку с меньшим потенциалом, а если производится измерение общего тока потребления схемы — то в точку с потенциалом земли. (С мультиметром, включенным в режиме амперметра следует работать очень осторожно — его сопротивление равно нулю, и если поставить щупы между землей и источником сигнала (или питания), то можно накоротко замкнуть схему и даже спалить источник. — Примеч. ред.) Если во время измерения на приборе вообще нет показаний, необходимо поменять щупы местами. (Цифровые тестеры должны показать на дисплее минус (ток течет в обратном направлении относительно данного расположения щупов), а у аналоговых стрелка зашкалит в нуле. — Примеч. ред.)

После проверки теста тока лучше всегда выключать прибор — эта простая привычка поможет предотвратить повреждения мультиметра.

Берегите предохранитель!

Помните, что измерение токов, превышающих те, для которых прибор предназначен, может привести к серьезным проблемам. Самая незначительная из них — риск сжечь плавкую вставку; если это все же произошло, то для дальнейших измерений нужно поменять предохранитель. Многие аналоговые и цифровые мультиметры имеют отдельное гнездо для измерения тока (не то, в котором производятся измерения напряжения и сопротивления). Обычно оно обозначается как "А" (амперы) или мА (миллиамперы). В это гнездо необхедимо установить красный вывод мултиметра. В некоторых приборах также может присутствовать дополнительный вход для измерении больших токов, до 10 А; этот вход и обозначается соответственно, (например, "10 А"). (Этот вход, как уже говорилось выше, не имеет плавкого предохранителя. — Примеч. ред.)

Нужно вниматсльно следить, чтобы использовать при измерениях тока правильные гнезда прибора. Если забыть об этом важном свойстве, то можно повредить тестер (если не повезет) или сжечь предохранитель (если повезет).

Измерение электропроводности проводников

Измерение электропроводности позволяет ответить на вопрос, цела электрическая цепь или нет. Проще всего охарактеризовать понятие электропроводности, используя обычный проводник.

> Короткое замыкание представляет собой бесконечную электропроводность, или, на практике, очень большую проводимость между двумя любыми точками одного целого проводника. Мультиметр, которым измеряют сопротивление такого проводника, покажет 0 Ом.

> Разрыв цепи представляет собой отсутствие электропроводности цепи, т.е. наличие в ней разрыва. Мультиметр, которым измеряют проводимость такого проводника, покажет бесконечное сопротивление, т.е. наличие столь большого сопротивления, что прибор не может зарегистрировать его.

При тестировании кабеля, состоящего из множества отдельных изолированных жил. часто возникает необходимость определить, не касаются ли отдельные провода друг друга, т.е. не замкнуты ли они между собой. Если короткое замыкание действительно присутствует, то подключенное устройство почти наверняка не заработает, а потому выполнение данного теста целесообразно проводить в первую очередь каждый раз, как какой-то электронный прибор не функционирует.

Для проведения теста нужно воспользоваться следующим алгоритмом (рис. 9.11), состоящим из двух фаз.

> Тест электропроводности каждого проводника. Коснитесь щупами мультиметра обоих концов каждого отдельного провода Если проводник исправен, то на дисплее мультиметра должно появиться показание, близкое к 0 (нулю) Ом. Сопротивление, превышающее хотя бы несколько Ом, свидетельствует о возможном разрыве. (Сопротивление проводника зависит от его длины и площади сечения — чем больше длина и чем меньше сечение, тем больше сопротивление. Также сопротивление зависит от типа материала; так наилучшая проводимость наблюдается у меди, алюминия и серебра. — Примеч. ред.)

> Тест изолированных проводников на наличие короткого замыкания между собой. Коснитесь щупами мультиметра концов отдельных изолированных проводов. Если между проводниками нет короткого замыкания, то на дисплее мультиметра должно появиться показание, значительно превышающее 0 (нуль) Ом. Если же цифра равна нулю или близка к этому, то речь идет, скорее всего, о замыкании пары проводников между собой.

Даже проводник сопротивляется электронам

Почему при тестировании электропроводности исправных проводников на дисплее мультиметра нуль появляется далеко не всегда? Дело в том, что любые электрические цепи - и проводники в том числе — сопротивляются направленному потоку электронов; это это сопротивление и отображается в виде какого-то числа ом. Даже совсем короткие участки провода имеют свое сопротивление, но посколько оно обычно очень мало, то мы не измеряем его всякий раз, чтобы узнать точную цифру. Однако, чем длиннее провод, тем больше эго сопротивление, особенно если он имеет малый диаметр. Таким образом, можно утверждать, что чем толще провод, тем меньшим будет его сопротивление на каждый метр длины. Ну, и, конечно даже несмотря на то, что показания тестера и не равны в точности нулю, низкое сопротивление проводника дает основание утверждать, что проводник исправен.

Итак, при тестировании двух отдельных проводов, которые не соединяются в схеме между собой, на дисплее мультиметра должен появиться символ бесконечного сопротивления (зашкал), не так ли? В общем, правильно, однако есть и оговорка: хотя напрямую эти проводники и не связаны между собой, они могут соединятся друг с другом через элементы и цепи электрической схемы. Этот, второй путь для тока, имеет свое собственное сопротивление при измерении тестером и влияет на показания прибора. (Два пути для тока — непосредственно между самими проводниками (предполагаем, что сопротивление между ними бесконечно и ток здесь не течет) и через электрическую схему — представляют собой параллельно включенные сопротивления, а, как сказано в главе 7, общее сопротивление параллельно включенных резисторов меньше или равно наименьшему сопротивлению всей цепи (то есть, в нашем случае, схемы). — Примеч. ред.) Таким образом, не стоит хвататься за голову, если при измерении сопротивления между совершенно не подключенными напрямую проводниками, на экране прибора появится отличное от бесконечности показание.

Тестирование исправности переключателя

Невзирая на всю свою простоту, механические ключи могут покрыться грязью, а их движущиеся детали — износиться. Старый ключ вполне может оказаться той причиной, по которой ток не течет через контакт, когда от него это ожидают.

Тесты множества разных переключателей

Взгляните на рис. 9.12 — это все, что нужно сделать для того, чтобы проверить механический ключ. Как указывалось в главе 1, простейшим и самым распространенным типом переключателя является однополярный однонаправленный ключ, или ключ типа SPST. Такой ключ можно легко узнать по наличию всего двух контактов: один служит входом для тока, второй — соответственно, выходом. В зависимости от положения замыкателя, переключателем можно пропускать или отсекать протекающий ток.

Ключ SPST называется однополюсным по той причине, что может подключать к, скажем, источнику только один узел схемы. Тот же ключ получил название однонаправленного потому, что имеет лишь одно направление переключения: вкл./выкл. — никаких промежуточных положений.

Существуют также и двухполюсные, двунаправленные переключатели, или и то и другое сразу. Так, с помощью двухполюсного ключа можно контролировать два разных узла схемы или даже две схемы (скажем, запитывать одну схему от источника питания 12 В, а другую — от 5-вольтового источника). Двунаправленный ключ может иметь только замыкающие позиции (т.е. быть типа вкл./вкл.) или дополнительно иметь позицию размыкания (вкл./выкл./вкл.). Различные варианты конструкций механических ключей изображены на рис. 9.13, где также показаны способы их тестирования. Есть, конечно, и такие хитроумные переключатели, которые имеют три, четыре и даже пять различных позиций, но они встречаются довольно редко, и, кроме того, представляют собой те или иные варианты описанных выше переключателей, а потому рассматривать их отдельно мы не будем.

Более подробно обо всех этих типах переключателей можно узнать из главы 5, где они обсуждались во всех деталях.

При тестировании исправности переключателей разных типов можно воспользоваться методикой, которая систематизирована в табл. 9.1. Конечно, физическое расположение и функциональное назначение контактов каждого переключателя может несколько отличаться. Так, довольно часто в двухполюсных ключах средний контакт используется как общий провод, и тогда в одном положении замыкателя ток течет с левого контакта на общий провод, а в другом — на общий с правого. Однако не все переключатели имеют подобную конструкцию, и сказать наверняка, как устроен данный ключ, можно только, проведя несколько простых экспериментов.

Полезные советы начинающим

При тестировании различных типов механических переключателей будет полезным воспользоваться следующими маленькими хитростями.

> Когда ключ находится в выключенном положении, на дисплее мультиметра должно высвечиваться показание полного отсутствия проводимости (бесконечное сопротивление).

> Когда ключ находится во включенном положении, мультиметр должен показывать нулевое сопротивление. Если же тестер показывает отсутствие проводимости, то это верный признак того, что ключ неисправен.

Легче всего проверять исправность ключей прямо в схеме. Однако при этом следует помнить, что тогда при размыкании ключа тестер уже не покажет бесконечно большое сопротивление. На дисплее появится число, далекое от нуля, но не равное бесконечности. (Чтобы понять почему, — прочтите врезку "Даже проводник сопротивляется электронам".)

Иногда попадаются двунаправленные переключатели, которые не имеют позиции выключения. Вместо этого такой ключ имеет сразу две позиции включения. Такие переключатели можно тестировать так же, как и пару простых однополярных ключей, соединенных вместе; для этого, правда, нужно провести два теста вместо одного, но очень простых. Если же ключ все-таки имеет выключающую позицию, то с замыкателем в таком положении (обычно центральном) тестер должен показать бесконечное сопротивление.

Тестирование предохранителей

Когда схема начинает потреблять слишком большой ток, ее элементы начинают греться, разрушаясь в процессе работы, и это может довести ее вплоть до пожара. Для защиты электроники от повреждений, причиной которых является избыточный ток, или от перегрева и возможного возгорания и служат плавкие вставки, или предохранители. Предохранитель представляет собой элемент с тончайшей проволокой внутри, которая при превышении протекающим током какого-то определенного значения перегорает и, таким образом, размыкает электрическую цепь.

Впрочем, предохранители перегорают и от других причин. Иногда к выходу вставки из строя приводят импульсные скачки тока, например, резкий всплеск — выброс — тока, вызванный ударом молнии где-нибудь неподалеку. Когда предохранитель сгорает, его нужно заменить вставкой с таким же предельным значением тока, что и ранее стояла в этом устройстве. Значение предельного тока обычно указывается прямо на корпусе предохранителя.

Для того чтобы протестировать предохранитель, нужно установить переключатель мультиметра в положение измерения сопротивления или электропроводности. Затем нужно коснуться щупами концов вставки, как показано на рис. 9.14. При этом мультиметр должен показать нулевое сопротивление; если же на дисплее высветилось бесконечное сопротивление, то это однозначно говорит о том, что предохранитель сгорел и его нужно менять.

Тесты резисторов, конденсаторов и других электронных компонентов

В этом разделе речь пойдет как о самых элементарных функциях, которые можно (и нужно!) выполнять с помощью мультиметра, так и о более экзотических проверках компонентов, а именно: о тестах резисторов, конденсаторов и других радиоэлементов.

Если вдруг возникнет необходимость узнать больше о резисторах, конденсаторах и остальных элементах, о которых пойдет речь ниже, то лучше вернуться к главе 4.

Ха! Похоже здесь все сгорело!

Так как основной целью тестирования является определение, все ли в порядке со схемой и ее компонентами, лучше всего в первую очередь провести визуальный осмотр радиоэлементов. В некоторых случаях повреждения компонентов видны с первого взгляда. Если радиодеталь выглядит оплавленной или обгоревшей, то даже непрофессионалу ясно, что с ней явно что-то не в порядке. Перегрев компонентов (чаще всего вследствие протекания избыточного тока) может привести к оплавлению корпусов и их разрушению; в самом неприятном случае радиоэлемент даже может вспыхнуть! Следует помнить, что перед тем, как заменить сгоревший компонент, нужно найти причину, по которой он перегрелся, чтобы не повторить ту же ситуацию.

Распознать повреждения от перегрева можно, пользуясь следующими наметками.

> При перегреве резистора чаще всего видно вздутие на корпусе и возможно изменение цвета окраски.

> При перегреве конденсатора на корпусе также может появиться хорошо заметное вздутие; иногда из трещин вытекает электролит. Как выглядит электролит? Да это совсем не обязательно знать — всякое вытекание из корпуса чего-либо уже само по себе плохой знак.

> На диоде, транзисторе или микросхеме перегрев видно по четкому изменению цветовой маркировки, если она присутствует, или по оплавлению корпуса.

> Не забудьте проверить все радиоэлементы на плате независимо от того, проверялись ли только что точно такие же элементы ("...Нормально.... Опа — сгорел!").

Избегайте контакта с гелеобразным электролитом, который находится в электролитических конденсаторах. Он относится к каустическим вегцест-вам, т.е. может обжечь кожу. Если он все же попал на руки, то необходимо промыть кожу с мылом. И уж ни в коем случае не допускайте попадания электролита в глаза! Но если это все же произошло, промойте их водой и немедленно обратитесь к врачу.

Хотя внешний осмотр часто и дает великолепные результаты по времени нахождения поврежденных элементов схемы, не стоит рассчитывать исключительно на него. С таким же успехом радиоэлементы могут иметь внутренние повреждения, абсолютно незаметные снаружи. Таким образом, начинать исследование причин отказа схемы необходимо с визуального осмотра, но ни в коем случае нельзя слепо полагаться на него. Отсутствие видимых повреждений — еще не стопроцентная гарантия исправности элемента.

Тестирование резисторов

Резисторами называются компоненты, предназначенные для ограничения тока через электрическую схему или деления напряжения. Резисторы выпускаются самых разных номиналов, и часто значения сопротивлений наносятся на корпус в виде цифр или цветовой маркировки. Иногда все же определить номинал по маркировке бывает затруднительно, или просто возникает необходимость проверить исправность элемента.

Тест резистора при помощи мультиметра состоит всего из трех простых этапов.

1. Установите переключатель мультиметра в положение измерения сопротивления (Омы).

Если тестер не имеет функции автоподстройки диапазона измерения, то нужно установить максимальный предел измерения и при необходимости уменьшать его, меряя сопротивление.

2. Коснитесь щупами мультиметра обоих концов резистора.

Убедитесь, что вы не касаетесь металлических кончиков щупов пальцами, иначе сопротивление человеческого тела может значительно повлиять на показания измерений — естественно, в худшую сторону.

3. Проверьте показания мультиметра.

Сгоревший или испорченный резистор покажет либо полный обрыв цепи (бесконечно большое сопротивление), либо короткое замыкание (тестер покажет нулевое сопротивление).

При проверке резистора небесполезным будет проверить, совпадает ли маркировка элемента с его реальным номиналом. Измеренное сопротивление должно равняться указанному в пределах допуска

> Если резистор имеет допуск 10% и промаркирован как 1 кОм, допустимые показания мультиметра могут колебаться от 900 до 1100 кОм, поскольку указанный допуск от 1000 Ом составляет 100 Ом. (Здесь не учитывается собственная погрешность измерительного прибора — обычно около 2 %: таким образом, показания мультиметра для целиком годного резистора могут лежать в пределах от 882 (900 х 0,98) до 1122 (1100 х 1,02) Ом. — Примеч. ред.)

> Если тот же резистор имеет допуск лишь 1% (резисторы с такими малыми допусками называются прецизионными), допустимые показания мультиметра могут колебаться уже между 990 и 1010 Ом, потому что допуск 1% от 1000 Ом составляет всего 10 Ом.

Тестирование потенциометров

Потенциометром называется резистор с переменным сопротивлением. Естественно, как и обычный резистор, с помощью мультиметра можно проверить и потенциометр. Как показано на рис. 9.15, для этого нужно прикоснуться щупами тестера к любой паре выводов "переменника". Если подсоединить выводы мультиметра к контактам 1 и 2 потенциометра, то поворот штифта последнего приведет к увеличению показания (т.е. сопротивления), если же подключить тестер к контактам 2 и 3, то поворот штифта в ту же сторону, что и в первом случае, наоборот — уменьшит показания.

Проводящую поверхность потенциометра изготавливают из самых разнообразных по свойствам материалов: металлокерамики (комбинации керамики, стекла и металлических сплавов), углерода, отрезка проводников или проводящей пластмассы. Эта поверхность может получить физические повреждения, выгореть или просто покрыться загрязнениями, вследствие чего потенциометр теряет свои свойства. Также будет полезным следить за плавным изменением сопротивления по мере вращения штифта: любые резкие изменения сопротивления говорят, скорее всего, о какой-то внутренней неисправности переменного резистора При обнаружении таких неисправностей потенциометр, безусловно, следует заменить.

Тестирование диодов

Диод представляет собой простейшее устройство из полупроводника. С помощью этого небольшого элемента в электронике выполняют огромный объем работ: выпрямление переменного тока в постоянный, блокировка и ограничение напряжений, освещение и индикация и т.п. Проверить, исправен диод или нет, можно при помощи мультиметра, оснащенного функцией проверки диодов.

Для проверки работоспособности диода воспользуйтесь следующей инструкцией

1. Установите переключатель мультиметра в положение проверки исправности диодов.

2. Коснитесь щупами мультиметра обоих выводов элемента.

При этом необходимо соблюдать правильную полярность: красный вывод мультиметра необходимо подсоединить к аноду (положительный вывод диода), а черный — к катоду (отрицательный вывод); чтобы правильно сделать это, достаточно найти на корпусе полоску возле одного из выводов — ею обозначается катод. И не забывайте о том, что во время измерения не нужно касаться выводов диода или тестера руками.

3. Проверьте показания мультиметра.

4. Переставьте выводы мультиметра наоборот и повторите тест снова.

Как интерпретировать полученные результаты, показано в табл. 9.2. Хотя описанный выше тест диодов подходит для проверки всех их типов, показания тестера неадекватны результату в случае проверки светоизлучающих диодов, но обычно для них правильную полярность подключения и исправность видно визуально.

Таблица 9.2. Другие используемые символы

Точная цифра не так важна — главное, что результат близок к нулю (но не равен) или даже просто значительно меньший при прямом включении тестера, чем при обратном. — Примеч. ред.

Тест диодов с помощью аналогового тестера

Если под рукой нот цифрового мультиметра, то можно обойтись и аналоговом, используя режим измерения сопротивлений. Алгоритм проверки будет следующим.

1. Установите переключатель мультиметра в положение измерения сопротивлений с минимально возможным пределом.

2. Подсоедините черный вывод тестера к катоду (помните: с полоской около него), а красный - к аноду. Мультиметр должен показать какое-то незначительное сспрятивлэнив.

3. Поменяйте выводы местами. Мультимьтр должен показать бесконечно большое сопротивление.

Тестирование конденсаторов

Конденсаторы широко используются в электронике для непродолжительного хранения электрического заряда. К сожалению, часто они имеют неприятную тенденцию выходить из строя значительно раньше времени, и причин тому бывает немало; поэтому очень полезным оказывается взять в руки мультиметр и найти неисправные элементы.

Среди основных причин потери конденсаторами их свойств являются следующие три.

> Старение: многие типы конденсаторов, особенно содержащие электролит, могут с течением времени высыхать. При изменении свойств электролита конденсатор смело можно выкидывать.

> Слишком большое напряжение: все конденсаторы рассчитаны на определенное рабочее напряжение, превышение которого приведет к повреждениям элемента.

> Подключение с неправильной полярностью: полярные конденсаторы обычно имеют на корпусе маркировку (+ или -), и, если перепутать полюса местами, то элемент, скорее всего, навсегда выйдет из строя, причем он даже может взорваться!

Конденсаторы можно проверять и с помощью мультиметров, лишенных специальной функции проверки этих элементов. При этом, правда, можно получить лишь качественный результат, но он также позволяет сделать вывод о необходимости замены конкретного радиоэлемента. Если на тестере действительно отсутствует функция проверки конденсаторов, можно воспользоваться следующим алгоритмом.

1. Перед тестированием нужно взять изолированный шунт и зашунтировать им выводы конденсатора (рис. 9.16). Этот шунт можно легко сделать самостоятельно. Он представляет собой обычный провод с врезанным резистором 1 или 2 МОм. Этот резистор предотвращает выводы конденсатора от короткого замыкания.

Шунтирование конденсатора выполняется с целью полного разряда конденсатора, поскольку большие конденсаторы могут иметь большой остаточный заряд продолжительное время даже после снятия питания.

2. Переключите мультиметр в режим измерения сопротивления.

3. Коснитесь щупами мультиметра выводов конденсатора. Подождите пару секунд и затем проверьте показания прибора.

Исправный конденсатор должен показать бесконечно большое сопротивление; показание же 0 (нуль) Ом однозначно скажет о том, что конденсатор вышел из строя и имеет внутри короткое замыкание. Конденсатор с утечкой теряет часть свойств по хранению заряда, поэтому при измерении его сопротивления на дисплее отобразится число между нулем и бесконечностью.

Если необходимо проверить полярный конденсатор, то следует внимательно соблюдать полярность: черный вывод мультиметра нужно ставить на отрицательный вывод конденсатора, а красный — на положительный. Для неполярных элементов эта особенность не имеет значения.

Простой тест конденсаторов при помощи омметра не дает ответа на еще один важный вопрос: не имеет ли конденсатор разрыва цепи. Такое повреждение может произойти тогда, когда полностью или частично поврежден диэлектрик (изолирующий материал) внутри элемента. Конденсатор с разрывом, естественно, также покажет бесконечное сопротивление, но это никак не говорит о его исправности. Однозначный тест конденсатора можно провести только при помощи мультиметра, оснащенного соответствующей функцией.

Если имеющийся мультиметр поддерживает функцию измерения емкости, то нет никакого смысла использовать описанную выше процедуру. Правда, чтобы правильно измерить емкость, лучше ознакомиться с руководством по эксплуатации конкретной модели мультиметра, поскольку инструкции могут несколько отличаться от образца к образцу. И не забудьте о соблюдении полярности подключения выводов мультиметра при измерении емкостей полярных конденсаторов.

Кроме проверки, собственно, исправности конденсатора, измерение с помощью тестера со специально предназначенной функцией, позволяет также узнать емкость элемента. Это может оказаться очень полезным, если нужно определить, попадает ли емкость данного конденсатора в заданные пределы допусков. Также весьма удобно знать реальную емкость по той причине, что не все производители используют одинаковые системы маркировки элементов.

Тестирование транзисторов

Для тестирования биполярных транзисторов можно применять как цифровые, так и аналоговые мультиметры. Тестирование можно проводить даже на приборах, не имеющих специальной функции проверки транзисторов. Правда, в этом случае получить количественные результаты не удастся, зато такой тест однозначно ответит на вопрос, исправен ли транзистор.

Биполярные транзисторы можно представить в виде модели из двух диодов в одном корпусе, как показано на рис. 9.17. Таким образом, и проверять транзистор можно так же, как проверяются диоды; алгоритм этого теста был описан в подразделе "Тестирование диодов" выше.

Повторим еще раз последовательность проверки диодов, применив ее уже к транзисторам (условимся, что функция проверки диодов в тестере имеется), чтобы определить, исправен транзистор или нет.

1. Установите переключатель мультиметра в положение проверки исправности диодов.

2. Коснитесь щупами мультиметра выводов транзистора, представленных в диодной модели соответствующими диодами (важно соблюдать полярность!).

3. Прочтите показания измерительного прибора. Результаты проверки сравните с табл. 9.3 и на основании сравнения сделайте выводы об исправности элемента.

Таблица 9.3. Другие используемые символы

Тестирование мультиметром может привести к повреждениям некоторых типов транзисторов; особенно это касается полевых! Данный тест можно применять лишь к биполярным транзисторам. Этот тип транзисторов можно отличить по названиям выводов, приводимым в спецификациях: база, эмиттер, коллектор. На схемах биполярные транзисторы рисуются условными графическими обозначениями, подобными приведенным на рисунке слева. Если нет уверенности, к какому типу транзисторов относится данный экземпляр — биполярным или полевым, — лучше найти его спецификацию. С помощью поисковых систем Google или Yahoo можно найти практически любой документ относительно интересующего компонента. Попробуйте, к примеру, отыскать спецификацию на транзистор 2п2222, введя в строку поиска ключевые слова "2п2222 datasheet".

Если же имеющийся мультиметр поддерживает функцию проверки транзисторов, то, конечно, предпочтительнее использовать именно ее. (Кроме, собственно, исправности pn-переходов, мультиметр также покажет коэффициент усиления транзистора. — Примеч. ред.) Для ознакомления с точной процедурой тестирования транзисторов будет лучше посмотреть руководство к эксплуатации данного мультиметра, поскольку она может отличаться от модели к модели.

Глава 10

Логический пробник и осциллограф

В этой главе...

> Изучение логического пробника и его свойств

> Вдоль синусоид верхом на осциллографе

> Принятие решения об использовании осциллографа

> Практическая работа с осциллографом

В главе 9 мы уже рассмотрели мультиметр — основной рабочий инструмент для тестирования и выявления всех видов неполадок в электронных схемах. Несомненно, тестер был и остается наиболее универсальным инструментом радиолюбителя, но не следует полагать, что можно обойтись без других средств контроля и диагностики. Если вы решили заниматься электроникой серьезно, то вам не обойтись без приобретения в свою мастерскую дополнительных инструментов.

В этой главе мы расскажем о двух удобных и важных инструментах, которые позволяют сделать поиск и выявление неисправностей в схемах значительно эффективнее. Это логический пробник и осциллограф. Ни один из них не относится к категории "обязательных" для радиолюбителя, поэтому не стоит бежать в магазин радиотоваров сразу же после прочтения этого абзаца, и все же, как только наступит время изучения продвинутых и сложных схем, обойтись без них будет весьма затруднительно. В общем, после приобретения некоторого опыта стоит серьезно рассмотреть вопрос о комплектации этими инструментами вашего рабочего места.

С логическим пробником в джунгли электроники

За несколькими исключениями, пробники работают со схемами с напряжениями питания 12 В и ниже; чаще — со схемами 5 В. Напряжения в схемах определяются используемой базой электронных элементов.

Итак, какие же маленькие "хитрости" следует держать в голове при работе с пробником.

> Пробник показывает, какой уровень напряжения присутствует в данной точке схемы: высокий (логическая 1) или низкий (логический 0). На бистабильной (т.е. имеющей лишь два возможных состояния) логике основана вся цифровая техника

> Термин "логический" в названии инструмента также указывает на то, что пробник имеет дело с логическими схемами, в которых полезная информация содержится в двух состояниях. К примеру, логический элемент И анализирует пару сигналов на своих входах и устанавливает на выходе сигнал с высоким уровнем (логическая 1) тогда, и только тогда, когда оба входных сигнала также равны 1. Существует множество разновидностей логических элементов: И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ, исключающее ИЛИ и т.д. Кратко эти элементы описаны в главе 1, а более подробно — в главе 5.

Звук, свет, занавес!

Хотя для тестирования электронных цифровых схем можно использовать и тестер, во многих случаях применение логического пробника значительно удобнее. Пользуясь мультиметром, необходимо постоянно следить за изменением показаний на дисплее и в уме пересчитывать, какой уровень напряжения в данной точке: низкий или высокий.

При использовании пробника одна горящая лампочка скажет о том, что в данной точке низкий уровень напряжения, другая — о том, что уровень напряжения высокий (рис. 10.2). Многие пробники также имеют функцию звукового оповещения. Звуковой сигнал имеет две тональности, указывая, какой уровень напряжения наблюдается в точке схемы в данный момент. Даже не нужно отрывать глаза от схемы — просто навострите уши!

Логический пробник также помогает узнать, наблюдается ли в данной точке схемы сигнал вообще. Если сигнал отсутствует, то ни один светодиод не загорится, как не будет слышно и никакого звукового сигнала. Правда, как будет видно позже, в разделе "Когда индикаторы молчат", отсутствие сигнала от пробника еще не говорит о проблемах со схемотехникой. Мультиметр же, будучи приложенным к той же самой точке схемы, покажет те же О В, что и в случае логического нуля, а потому в данном аспекте пробник представляет собой более выгодный инструмент, чем мультиметр.

Логический пробник также позволяет выявлять проблему плохих контактов. Если проводник имеет разрыв или где-то ослабился провод, то звуковой сигнал пробника будет прерываться или потрескивать. Такой сигнал говорит о том, что пробник не может зарегистрировать стабильный уровень напряжения. Если из динамика пробника слышится слабый или нестабильный звук, следует проверить контакт цепи и попробовать провести измерение повторно.

Слишком быстрые сигналы (даже для человека-молнии)

Логическим пробником — этим универсальным и гибким инструментом радиолюбителя — можно анализировать даже быстро изменяющиеся сигналы. В цифровых схемах довольно часто можно встретить сигналы, которые меняются во времени слишком быстро для мультиметра. Примером такой ситуации может служить прямоугольный сигнал, изображенный на рис. 10.3, его еще часто называют меандром. Этот сигнал периодически изменяется, или пульсирует, между высоким и низким уровнями напряжения. То, насколько часто он изменяет свое состояние, зависит от схемотехнических параметров схемы; в некоторых устройствах частота изменения сигнала может достигать миллионов раз в секунду.

Если для полного анализа правильной работы электронной схемы нужно знать частоту импульсов и даже их форму, то необходимо использовать осциллограф; речь об этом электронном измерительном приборе пойдет в разделе "Приглядимся к осциллографу" ниже по тексту главы. Логический пробник представляет собой довольно удобный и универсальный прибор-анализатор, который выполняет множество полезных функций, но глубокий анализ электронных схем не относится к их числу.

Поиск по сайту: