【正达故障电路板维修仪器系列论文】



[答疑]真的可以两个人同时各自独立进行VI曲线测试吗



摘要:【正达故障电路板维修仪器系列论文】正达测试仪具有470kΩ挡阻抗中值,具有VI曲线探棒巡检双窗口测试功能,在实际维修中发挥出了实用和独特的作用。


关键词:阻抗中值;VI曲线探棒巡检;双窗口测试


0.前言

    在同一台正达测试仪上真的可以两个人同时各自独立进行VI曲线测试吗?如果真能这样操作,这岂不是花费一台测试仪的钱却购买到了两台测试仪?要知晓这个问题的答案,请看下文。


1.什么是VI曲线测试

    在线路两结点之间(通常是结点和地之间,也可以是器件两管脚之间)注入一个一定幅度和频率的周期信号,在显示坐标上形成一条电流随电压变化的函数曲线,即:VI曲线。

    VI曲线的形状由被测结点之间的特性阻抗所决定。例如:电阻两端之间的VI曲线是一条经过坐标原点的直线。见图1中蓝色线段。普通二极管两端之间的VI曲线就是其PN结反向截止与正向导通特性的反映。见图1中红色曲线。等等。


图1


    实践表明:器件故障经常会出现管脚之间阻抗特性的改变,集成电路芯片或者是分立元件均有以上特点。通过比较好、坏电路板(或元器件)上相同结点之间的VI曲线,可以发现特性阻抗发生改变的结点,间接分析可能出现故障的具体器件。


2.什么是VI曲线的阻抗中值

    当形成的VI曲线越趋近于VI显示坐标的X轴或Y轴时,对被测器件故障的区分能力越差,灵敏度越低。一旦VI曲线重合于VI显示坐标的X轴或Y轴,将无法再进一步反映被测器件管脚阻抗特性的变化。例如:在±4V·4mA挡显示坐标下,1kΩ和2kΩ电阻的VI曲线差别明显,而10kΩ电阻和大于10kΩ电阻(更趋近于显示坐标X轴)的VI曲线差别不明显,难以分辨。见图2.


图2


    因此,当测试VI曲线时,应尽量避免VI曲线过于接近坐标的X轴或Y轴。尽量使其趋近于坐标45度线左右的区域。坐标45度线附近是比较VI曲线的最佳区域,这时最便于观察VI曲线形状或位置的细微变化。

    在采用±4V·4mA挡测试VI曲线时,VI显示坐标45度线对应的是1kΩ电阻,1kΩ即是当前VI曲线的阻抗中值。所以对1kΩ附近区域比较VI曲线时的测试灵敏度最高。对于偏离阻抗中值较远的VI曲线,可以另选一个与其更加接近的阻抗中值,使形成的VI曲线尽量靠近坐标的45度线区域。这一点非常类似于指针式万用表的电阻挡量程设置。

    正达测试仪阻抗中值分别为:100,1k,10k,100k,470k等欧姆。调整阻抗中值的一般原则:当形成的VI曲线过于趋近于显示坐标的X轴时,应该选择更大一挡的阻抗中值;当形成的VI曲线过于趋近于显示坐标的Y轴时,应该选择更小一挡的阻抗中值。

    VI曲线最佳显示范围是阻抗中值1/3~3倍区域之间。阻抗中值为100Ω,1kΩ,10kΩ,100kΩ,470kΩ时,VI曲线的最佳显示范围分别为30Ω~300Ω,300Ω~3kΩ,3kΩ~30kΩ,30kΩ~300kΩ,200kΩ~1.5MΩ之间。470kΩ阻抗中值精度明显优于100kΩ阻抗中值。具有470kΩ挡阻抗中值,也是正达测试仪的一个特色。

    可见:通过调整VI曲线阻抗中值,正达测试仪VI曲线最佳显示范围能够完全覆盖30Ω~1.5MΩ之间的完整区间。无遗漏,无死角。

    备注:VI曲线最佳显示范围是指只需通过直观观察,即可一目了然辨识的VI曲线显示范围。低于30Ω和高于1.5MΩ的VI曲线,通过直观观察也能够辨识,只是达不到最佳显示效果而已。如果是通过系统相对均方根误差计算,VI曲线测试分辨精度范围较之最佳显示范围更会大很多。


3.所谓的VI曲线零点电压测试盲点问题

    有个说法:用VI曲线检测不出故障的电路板,结果用万用表细细查,最后解决了问题。事例:当两个反向PN结(二极管)又并联一个15kΩ电阻时,由于在PN结正负向导通之后导通电阻很小,完全淹没了15kΩ电阻——电阻是否存在基本不影响VI曲线形状;这个15kΩ电阻只能在VI曲线测试时0电压点附近(两拐点之间,PN结电阻远大于15kΩ)才能呈现出来。但是有15kΩ电阻的VI曲线和无15kΩ电阻的VI曲线形状却相差不多——故障会被掩盖。这就是所谓的VI曲线零点电压测试盲点问题。

    这是一个小概率故障。但为什么万用表能够发现问题,而电路测试仪发现不了问题呢?

    其实,所谓“VI曲线形状相差不多——故障会被掩盖”这个结论本身就是错误的,这个错误源于对电路测试仪的使用方法不熟悉。如果对上一节阻抗中值相关内容看懂的话,就会知道电路测试仪一定能够发现这个故障。并不存在所谓的VI曲线零点电压测试盲点问题。

    下面通过几个简单电路验证测试。看一下阻抗中值对VI曲线测试效果的影响。


①两个反向PN结并联一个15kΩ电阻:

    在100Ω阻抗中值下测试,确实无法看出这个15kΩ电阻。VI曲线相对于两个反向PN结(不并联一个15kΩ电阻)来说完全一样。在PN结正向和反向两个导通拐点之间呈现出一条高阻水平线段。见图3.所谓高阻,是相对于100Ω阻抗中值而言。只是说明这个线段阻值远大于100Ω而已。在实际维修中,不会有人只用100Ω阻抗中值进行测试。


图3


    在1kΩ阻抗中值下测试,VI曲线相对于两个反向PN结(不并联一个15kΩ电阻)来说只有细微的差异。在PN结正向和反向两个导通拐点之间的线段不完全水平,说明存在一个明显高于1kΩ阻抗中值的电阻。由于该线段阻值趋近于显示坐标的X轴,根据之前介绍的“调整阻抗中值的一般原则”,此时应进一步调高阻抗中值。

    在10kΩ阻抗中值下测试,VI曲线相对于两个反向PN结(不并联一个15kΩ电阻)来说存在明显的差异。在PN结正向和反向两个导通拐点之间,是一条经过原点的接近于阻抗中值(45度线)的电阻线段。见图4.由于坐标45度线是阻抗中值,即:10kΩ阻值,这条线段倾斜角度在坐标45度线偏下方一点的位置,所以正是15kΩ电阻。而两个反向PN结(不并联一个15kΩ电阻)的VI曲线应该依旧是如图3所示的形状,在PN结正向和反向两个导通拐点之间是一条高阻水平线段。


图4


    在100kΩ阻抗中值下测试,VI曲线相对于两个反向PN结(不并联一个15kΩ电阻)来说存在更加明显的差异,VI曲线趋近于垂直短路形状。证明在两个反向PN结(二极管)之间必然有电阻存在。

    在470kΩ阻抗中值下测试,这个并联的15kΩ电阻会完全影响整条VI曲线,VI曲线形成一条从上至下的垂直短路线。这个VI曲线形状的巨大差异,在重重地提示使用者。

    假如最初采用100kΩ和470kΩ这两个阻抗中值进行测试,必然出现VI曲线趋近于显示坐标Y轴的情况。根据之前介绍的“调整阻抗中值的一般原则”,应进一步调低阻抗中值。直至调整为10kΩ阻抗中值时,呈现出最接近于阻抗中值(45度线)的VI曲线形状,从而可以确定出这个电阻值。即便使用万用表进行检测,为了提高检测精度,也会有许多量程设置。电路测试仪也同样如此。

    结论:两个反向PN结(二极管)又并联一个15kΩ电阻时,采用10kΩ,100kΩ,470kΩ这三个阻抗中值都可以明显发现电阻的存在。特别是在100kΩ和470kΩ阻抗中值下测试,15kΩ电阻的存在影响到整条VI曲线,VI曲线形成近似垂直短路线和完全垂直短路线,和不存在15kΩ电阻的两个反向PN结的VI曲线形状差异巨大。所谓“VI曲线形状相差不多——故障会被掩盖”这个结论是错误的,所谓“VI曲线零点电压测试盲点问题”是不成立的。


②电路板电容测试实例:

    在1kΩ阻抗中值下测试电路板上某点的VI曲线,总体表现为电容特性。只是电容曲线有一些轻微不对称。见图5.


图5


    由于这个电容曲线趋近于显示坐标的Y轴,应进一步调低阻抗中值。在100Ω阻抗中值下再次测试电路板上该点的VI曲线,表现为电容和两个反向PN结并联叠加特性。见图6.


图6


4.VI曲线探棒巡检双窗口测试

    正达测试仪VI曲线探棒巡检功能,可以动态时时测试VI曲线,自动刷新屏幕。支持512点/周期高清显示。是最为方便的一项常用功能,深受欢迎。

    为什么正达测试仪在进行VI曲线探棒巡检时可以双窗口测试?这是因为探棒巡检功能在维修中会频繁使用,并且经常与其它功能甚至是与VI曲线测试的其它功能同时使用,因此将其以快捷键的形式单独列出。这样一来,就使得探棒巡检测试窗口既可以通过VI曲线集成界面打开,也可以通过快捷键打开。打开的是两个完全独立的VI曲线测试窗口,测试参数可以独立设置。

    由此产生出非常实用和独特的用法。


①操作方式A:2个窗口/1人操作/1只探针/2条曲线

    从正达测试仪的VI1端子引出一只测试探针。分别打开集成界面和快捷键的探棒巡检窗口。将两个窗口都同时设置为探棒1.再设置成不同测试参数。例如:1号窗口阻抗中值设置为100Ω,2号窗口阻抗中值设置为10kΩ.两个窗口扫描电压都设置为±4V.这样,同一只探针在不同设置下的测试结果会同时在电脑屏幕上的两个VI测试窗口中分别显示出来。例如上一节说到的那个问题,在100Ω阻抗中值的1号窗口(左窗口)中看不出那个15kΩ电阻,但是在10kΩ阻抗中值的2号窗口(右窗口)中却能看得清清楚楚。见图7.


图7


    特此说明一下:这种用法在正达测试仪《操作手册》中早有介绍。只要是正达测试仪用户,都不会感到陌生。同时打开100Ω和10kΩ这两个阻抗中值的VI曲线测试窗口,可以交差覆盖部分1kΩ阻抗中值区域,是最为常用的测试选项。


②操作方式B:2个窗口/1人操作/2只探针/4条曲线

    从正达测试仪的VI1端子引出一只测试探针。从VI2端子引出另外一只测试探针。分别打开集成界面和快捷键的探棒巡检窗口。将集成界面和快捷键界面均设置为双探棒。将两个界面设置为不同的测试参数。例如:集成界面1号窗口阻抗中值设置为100Ω,快捷键界面2号窗口阻抗中值设置为10kΩ.另外,扫描电压等其它测试参数都可以独立设置。

    这样,使用者可以用双探针对两块相同电路板做对比测试。两个测试点在不同设置下的比较结果会同时显示在电脑屏幕上。见图8.从中可以看出,其中一块电路板上存在一个100Ω电阻。这个100Ω电阻在100Ω阻抗中值下(左窗口中白线)被看的清清楚楚。而在10kΩ阻抗中值下(右窗口中白线)呈现一条从上至下的垂直短路线,表现为对地短路特性。


图8


5.VI曲线探棒巡检两个人同时独立使用

    看到以上介绍,感觉莫非正达测试仪真的可以两个人同时各自独立进行VI曲线测试?莫非真的是只花费一台正达测试仪的钱却购买到了两台测试仪?


③操作方式C:2个窗口/2人操作/2只探针/2条曲线

    从正达测试仪的VI1端子引出一只测试探针。从VI2端子引出另外一只测试探针。分别打开集成界面和快捷键的探棒巡检窗口。将集成界面设置为探棒1.将快捷键界面设置为探棒2.在两个界面中设置为不同测试参数或者是相同测试参数均可。

    这样一来看明白了吧:张工正在使用从VI1端子引出的探针1测试A电路板,注视1号窗口(左窗口)中的VI曲线。李工正在使用从VI2端子引出的探针2测试B电路板,注视2号窗口(右窗口)中的VI曲线。张工和李工两个人同时独立测试,正在使用同一台正达测试仪。每个人使用的VI曲线设置完全独立。例如:张工可以设置为±4V扫描电压,10kΩ阻抗中值。李工可以设置为±4V扫描电压,100kΩ阻抗中值。见图9.


图9


    两个VI曲线测试窗口在电脑屏幕上的显示位置可以任意挪动。尤其对于宽屏显示器而言,可以在屏幕左右两边各放置一个窗口,不会出现两个人在同时使用过程中的视觉打架现象。

    恭喜正达测试仪的用户,真的就是这样。对于VI曲线探棒巡检这项深受欢迎、非常实用的测试功能来说,只花费一台正达测试仪的钱,却相当于购买到了两台测试仪。

    特别适合于维修人手比较多的维修公司,也很适合于师傅带徒弟。


6.结语

    相比于正达测试仪其他重要测试功能,两个人同时独立测试VI曲线这项双窗口测试功能显得微不足道。正达会继续扎扎实实地做好产品,不搞获奖、专利之类的宣传噱头。

    可以提前透露的是:正达测试仪VI曲线测试功能今后会有较大改版,先进性和方便性均会大幅度提升,在测试中的一些疑难问题将会被智能化解决。对于正达测试仪新老用户来说,这才是实实在在的好消息。


    2018年6月正达首创的5cVI曲线鹰爪5线测试法,巧妙解决了本文提到的所有问题。请详见论文《5cVI曲线鹰爪5线测试法——破解结点全域阻抗故障难题的中国方案》一文。继续保留本文,是为正达发展历程留下一抹印记。

2017年07月01日

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