破解电路结点全域阻抗故障难题


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    图1窗口中的VI曲线形态奇特,有别于当前国内外电路测试仪VI曲线显示形式。这就是北京正达时代电子技术有限公司经过深入研究,于2018年6月首创应用的5cVI曲线鹰爪5线测试法。测试VI曲线时,5种坐标系(5种色彩曲线)叠加在同一个窗口。5cVI曲线鹰爪5线测试法是有效破解电路结点全域阻抗故障难题的中国方案。


图1  5cVI曲线鹰爪五线测试法

(测试VI曲线时,5种坐标系(5种色彩曲线)叠加在同一个窗口。)


    鹰爪5线测试法(Eagle claw 5-curve test way)简称:5cVI曲线。测试形态像鹰爪,测试效果像鹰爪,5线是基本特征。无论结点阻抗故障出现在任何区域,5cVI曲线都能够如同鹰爪一般以最高灵敏度进行捕捉,一切阻抗故障全都跑不了。

    单独测试时,测试窗口中出现5条VI曲线(5种色彩)。能够充分表现电路结点特征,不会隐藏淹没并联器件。无论电路结点特征出现在哪个阻抗区域,必然有1条VI曲线(1种坐标系)处于最高灵敏度,不会漏检电路信息。

    对比测试时,测试窗口中出现10条VI曲线(依旧是5种色彩,5条实线和5条虚线)。无论电路结点阻抗故障出现在哪个阻抗区域,必然有1对VI曲线(1条实线和1条虚线,1种坐标系)处于最高灵敏度,不会漏检器件故障。

    


(略......)



    由于VI曲线窗口具有5种坐标系,因此单就每一个窗口而言,只能覆盖部分区域的阻抗故障,都无法在一个窗口中覆盖全部区域的阻抗故障,势必形成测试盲区。这就是结点全域阻抗故障难题。


1.所谓的VI曲线零点电压测试盲点问题

    有人撰文提出: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曲线形状相差不多——故障会被掩盖。电路测试仪不能发现出这个问题,必须采用其它测试方法。这就是所谓的VI曲线零点电压测试盲点问题。

    简单分析一下这个问题。由于两个反向PN结(二极管)截止区段阻值很大,又并联一个15kΩ电阻,根据并联关系,该区段阻值约等于15kΩ.此时如果在100Ω和1kΩ坐标系下测试VI曲线,由于15kΩ电阻远大于这两个坐标系的阻抗中值,必然重合或趋近于x轴,混同于两个反向PN结(二极管)截止区段,无法发现。如果两块电路板对比VI曲线,好电路板上只有单纯的两个反向PN结,而故障板上还存在15kΩ电阻,在100Ω和1kΩ坐标系下这个故障会被漏掉,出现测试盲点。见图4左。

    如果在10kΩ坐标系下测试VI曲线,问题会显现。15kΩ电阻接近于10kΩ阻抗中值所处的45度线位置,与单纯两个反向PN结截止区段的VI曲线不同。见图4右。可以再想象一下在100kΩ和470kΩ坐标系下测试的情形,由于15kΩ电阻远小于100kΩ和470kΩ阻抗中值,在100kΩ坐标系下VI曲线更趋近于y轴,近似于和x轴垂直。在470kΩ坐标系下VI曲线重合于y轴,完全和x轴垂直。因此,在100kΩ和470kΩ坐标系下,15kΩ电阻的存在不是“基本不影响VI曲线形状”,而是彻底改变了两个反向PN结(二极管)的VI曲线形状。


图4  改变阻抗中值(坐标系)消除x轴测试盲区实例

(两个反向PN结又并联一个15kΩ电阻,在100Ω坐标系出现x轴测试盲区,淹没15kΩ电阻。图左;在10kΩ坐标系消除盲区,15kΩ电阻显现。图右。)


    可见:有人提出这个关于盲点的具体问题有积极意义。但由于对电路测试仪使用方法不熟悉,做出电路测试仪不能发现这个问题的结论失之草率,是错误的。


2.所谓的VI曲线零点电压测试盲点的电容问题

    由于电路板上存在电容,在测试过程中可能会出现VI曲线电容盲点。例如:在1kΩ坐标系下测试VI曲线,好坏电路板在0电压点附近都是一个闭合电容VI曲线。使用人容易忽视,出现电容盲点。见图5左。这就是所谓的VI曲线零点电压测试盲点的电容问题。但是如果换成100Ω坐标系,盲点就会消失。好电路板上还存在两个反向PN结,而坏电路板上没有。见图5右。


图5  改变阻抗中值(坐标系)消除y轴测试盲区实例

(两个反向PN结又并联一个电容,在1kΩ坐标系出现y轴测试盲区,只出现电容闭合曲线。图左;在100Ω坐标系消除盲区,在电容闭合曲线两端又出现两个反向PN结上下导通曲线。图右。)


3.关于VI曲线两轴测试盲区

    当VI曲线趋近于或重合于两轴时,便进入当前坐标系下的窗口边界,形成两轴测试盲区。VI曲线两轴测试盲区又分为x轴测试盲区和y轴测试盲区。例如:在100Ω坐标系下,10kΩ电阻和水平开路VI曲线没区别,看不出存在10kΩ电阻,这就是x轴测试盲区。应换成10kΩ坐标系。再如:在10kΩ坐标系下,100Ω电阻和垂直短路VI曲线没区别,看不出存在100Ω电阻,这就是y轴测试盲区。应换成100Ω坐标系。

    VI曲线两轴测试盲区有多种表现形式,是最根本的问题。实质上,所谓的VI曲线零点电压测试盲点问题就是x轴测试盲区。而所谓的VI曲线零点电压测试盲点的电容问题就是y轴测试盲区。两者都是VI曲线两轴测试盲区的具体实例。根据调整阻抗中值(坐标系)一般原则:当VI曲线过于趋近x轴时,应选择更大一挡的阻抗中值。所以前者要调高阻抗中值,使重合于x轴的15kΩ电阻远离x轴;当VI曲线过于趋近y轴时,应选择更小一挡的阻抗中值。所以后者必须调低阻抗中值,使趋近于y轴的两个反向PN结远离y轴。


4.关于结点全域阻抗故障难题

    VI曲线窗口只能覆盖部分区域的阻抗故障,存在两轴测试盲区。使用人通常不了解电路结点实际情况,无法预判阻抗故障的大致范围。加之一些人对电路测试仪使用方法不熟悉或存在嫌麻烦图省事的心理,没有选择最恰当的阻抗中值(坐标系),因而出现各种盲点。

    VI曲线测试中遇到的各种盲点问题,以及最根本的VI曲线两轴测试盲区,正是VI曲线结点全域阻抗故障难题。如果只是纠结于测试盲点的具体实例,没有抓住两轴测试盲区这个根本问题,不能够从结点全域阻抗故障这个视角看问题,只见树木,不见森林,处理问题时会顾此失彼。

2018年08月29日

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