基于DIY 電子產(chǎn)品的檢測和調(diào)試技術(shù)

河南工業(yè)大學(xué) 蔡艷慧

為了保證DIY 電子產(chǎn)品的質(zhì)量和服務(wù)品質(zhì)，分析了DIY 電子產(chǎn)品的設(shè)計特點，是集科學(xué)與創(chuàng)新、可靠與穩(wěn)定、物美與價廉于一身的最優(yōu)產(chǎn)品；從而提出調(diào)試需要在保證人身和設(shè)備安全的基礎(chǔ)上，還需要掌握學(xué)科基礎(chǔ)知識、維修工具和儀器儀表使用常識；得出調(diào)試和檢測DIY 電子產(chǎn)品的方法和步驟，為DIY 電子產(chǎn)品愛好者提供參考。

DIY 電子產(chǎn)品是以用戶個體需求為生產(chǎn)依據(jù)的復(fù)合產(chǎn)品。雖說現(xiàn)代工業(yè)化電子產(chǎn)品功能呈現(xiàn)多樣化，但因其價格昂貴且存在功能冗余，這就為DIY 電子產(chǎn)品提供了發(fā)展空間。但是，DIY 電子產(chǎn)品不僅需要具備一定的理論知識和動手實踐能力來保障產(chǎn)品的成功率，更需要完備的調(diào)試和檢測方案。

1 DIY 電子產(chǎn)品研究現(xiàn)狀

在學(xué)術(shù)科研界，探討DIY 課題的研究者屢見不鮮，他們通過DIY 電子產(chǎn)品和系統(tǒng)對其實踐活動進行評估。David A. Mellis 通過DIY 收音機、音響、手機等常用電子設(shè)備，分析設(shè)計文件的數(shù)字化特性和將其制作成實物的靈活性對制造電子設(shè)備的影響，得出它們將影響外殼和電路板的設(shè)計與生產(chǎn)，組件的采購、電路的組裝和編程的結(jié)論。Cesar Vandevelde 團隊DIY 了一個小型機器人建造系統(tǒng)，為降低教育機器人成本做出了貢獻。Sas C.和Neustaedter C.通過建造并使用開源DIY 能源監(jiān)測器，為支持復(fù)雜電子DIY 終端用戶的設(shè)計人員提出了一些建議。Kenny C 等人DIY 了一種熱手電筒來揭示美國和加拿大當(dāng)?shù)啬茉椿A(chǔ)設(shè)施的社會、經(jīng)濟和文化體系現(xiàn)狀。

有研究者認(rèn)為，自己設(shè)計并制作出個性化的電子產(chǎn)品是創(chuàng)新的初始階段，電子產(chǎn)品組成系統(tǒng)的各部位應(yīng)該像“積木”一樣搭建在一起，并可置換，以此來降低研究、設(shè)計、制造和銷售產(chǎn)品成本，以及提高客戶使用滿意度。但是，對于DIY 電子產(chǎn)品的整個生命周期而言，關(guān)注DIY 電子產(chǎn)品的質(zhì)量和服務(wù)品質(zhì)同樣重要，沒有調(diào)試和檢測的具體方法和技巧顯然是不完整的。

2 DIY 電子產(chǎn)品設(shè)計特點

電子產(chǎn)品設(shè)計是建立在相關(guān)知識積累基礎(chǔ)上，通過合理的設(shè)計原則和方法技巧展現(xiàn)設(shè)計方案的過程。電子產(chǎn)品設(shè)計的首要工作是深入理解設(shè)計任務(wù)，然后權(quán)衡各種設(shè)計方案并確定最優(yōu)方案，最后用合理的設(shè)計方法將各種組件連接在一起。設(shè)計過程中應(yīng)該遵循一定的設(shè)計原則，將設(shè)計成集科學(xué)與創(chuàng)新、可靠與穩(wěn)定、物美與價廉于一身的最優(yōu)產(chǎn)品。

DIY 電子產(chǎn)品一定是科學(xué)性與創(chuàng)新性同時兼得的產(chǎn)物。科學(xué)性是DIY 電路設(shè)計的前提要求，它要求電路設(shè)計人員在遵循電路運行原理和符合電路設(shè)計規(guī)則的前提下滿足設(shè)計任務(wù)。創(chuàng)新性更是DIY 電子產(chǎn)品的靈魂，設(shè)計人員要敢于打破思維慣性和傳統(tǒng)的設(shè)計方法，將TRIZ理論轉(zhuǎn)化為實踐過程，得到新的設(shè)計方法和思路。

安全性和穩(wěn)定性是DIY 電路設(shè)計和運行的基礎(chǔ)和保證。安全性是產(chǎn)品的前提，更是電路正常工作的保障。穩(wěn)定性指的是電路運行的參數(shù)不隨時間變化的能力，也是電路設(shè)計過程中重點考慮的方面。電路設(shè)計人員需要事先考慮周全，采取抗干擾設(shè)計技術(shù)。（1）布局布線要符合抗干擾的要求，采用合理的布線技術(shù)和專門的布線軟件。首先，產(chǎn)品按照電源電路、數(shù)字電路、模擬電路、大小電流電路、速度快慢電路、高低頻電路等功能區(qū)分單元電路，并以信號流向為布局依據(jù)，在考慮相關(guān)干擾因素和約束條件的基礎(chǔ)上，以盡量少的線路交叉和最短的傳輸線路為標(biāo)準(zhǔn)，將電路元件均勻整齊地布置在PCB上。其次，在考慮阻抗耦合、電磁干擾和熱磁兼容等干擾問題的同時選擇合適的元器件并考慮其性價比。一般情況下，元器件的抗干擾能力越強，熱反饋影響越小，綜合性能越好，價格就越高。但是，在電路設(shè)計中過分追求高性能而忽略價格是不可取的。（2）在印制板設(shè)計過程中，抗干擾設(shè)計也是電路設(shè)計人員需要考慮的又一要點。布線時，寬度和間距應(yīng)盡量大，尤其是地線和電源線，以減小導(dǎo)線壓降對電路的影響；布線盡量短，以降低電路的干擾和寄生效應(yīng)；信號路徑寬度保持不變，且不要形成閉環(huán)，拐角應(yīng)大于90℃。

最優(yōu)化原則是DIY 電子產(chǎn)品必須遵循的原則。DIY的初衷是滿足自己的個性化需求，但也應(yīng)該考慮投入成本。DIY 電子產(chǎn)品時，需要先將其功能分析并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的執(zhí)行電路模塊，然后通過合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接在一起，最后再精化單元單路，確保整個電路系統(tǒng)完好地執(zhí)行功能。在細(xì)化單元電路時，尤其是選擇電子元器件時，應(yīng)根據(jù)市場經(jīng)濟的實際情況來取舍。在保證實現(xiàn)功能的前提下，選取具有價格優(yōu)勢的電子元器件。

3 調(diào)試與檢測前的準(zhǔn)備

3.1 安全知識

在調(diào)試與檢測DIY 電子產(chǎn)品過程中，不可避免地接觸各種各樣電子電路和儀器設(shè)備，有些帶有高電壓非常危險。調(diào)試與檢測人員除了嚴(yán)格遵守安全規(guī)程外，還應(yīng)注重工作中的人身安全和設(shè)備儀器安危。加電調(diào)試時，先確保場地環(huán)境和供電設(shè)備符合安全用電要求，任何導(dǎo)線銅絲不準(zhǔn)裸露空中；在調(diào)試和檢測過程中，操作人員應(yīng)安全操作，避免觸電和發(fā)熱部件燙傷自己，同時做好指示和隔離措施，避免誤傷他人；使用測量儀器時，先將儀器檢查完好，不使用外殼和接觸部分傷殘的儀器，再根據(jù)使用說明進行操作；調(diào)試和檢測結(jié)束，確保場地環(huán)境對他人不造成傷害，儀器按照收納要求進行收藏，確保場地和儀器再次使用時的良好狀態(tài)。

3.2 知識儲備

理論是解決問題的基礎(chǔ)和前提。對于電子產(chǎn)品的調(diào)試和檢測來說，必須掌握一定的理論知識才能有效進行。（1）專業(yè)理論基礎(chǔ)知識是指揮棒。會對電路進行分析原理，并知道各種電子元器件的檢測方法和使用技巧，這就需要懂得電路分析基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等專業(yè)內(nèi)容。（2）熟練掌握工具的使用方法和技巧。萬用表是電子產(chǎn)品調(diào)試和維修不可或缺的測量儀器，必須學(xué)會正確使用和保養(yǎng)。焊接所使用的工具和材料，如電烙鐵、吸錫器、焊錫絲、螺絲刀、偏口鉗等也要熟練使用和掌握。對于調(diào)試和維修D(zhuǎn)IY 電子產(chǎn)品的相關(guān)人員來說，靈活使用和保養(yǎng)萬用表、電烙鐵和螺絲刀就能完成基本的調(diào)試和常見故障的維修。

4 檢測與調(diào)試的步驟與方法

由于DIY 電子產(chǎn)品存在設(shè)計水平的離散性、元器件焊接過程中的不穩(wěn)定性和裝配工藝的不確定性，這就確定了調(diào)試工藝的重要性。

4.1 不通電觀察

為了安全起見，電子產(chǎn)品裝配完成后，先不要急于通電調(diào)試，盲目通電調(diào)試有時反而會擴大故障范圍。DIY電子產(chǎn)品的多數(shù)故障是因工藝粗糙或者疏忽大意所致，仔細(xì)檢查就能解決很多問題，再配合萬用表檢測可以排除大部分工藝上的故障。使用電池供電的產(chǎn)品，要確保電量充足，供電線路通暢；印制板上元器件及其外連接部件安裝位置準(zhǔn)確，焊點標(biāo)準(zhǔn)美觀；連接導(dǎo)線穩(wěn)固完整，且不存在銅絲裸露等現(xiàn)象。

根據(jù)電氣原理圖、裝配圖和元件清單等技術(shù)文件，對照實際印制板仔細(xì)檢查元器件安裝位置、參數(shù)、顏色等信息是否與文件要求一致。（1）電阻器和普通電容器的參數(shù)、功率和類型要正確。（2）電解電容、二極管等帶極性元器件極性必須安裝正確。（3）電感的參數(shù)要準(zhǔn)確，變壓器初級線圈和次級線圈的安裝次序不可以顛倒。（4）所有可以調(diào)節(jié)的旋鈕和按鍵可以靈活自如地運轉(zhuǎn)。（5）對于復(fù)雜的電子產(chǎn)品，連接的排線要有序排列，連接線較多時，要使用綁扎線把導(dǎo)線捆扎在一起，避免雜亂。（6）焊點外觀穩(wěn)固標(biāo)準(zhǔn)，不應(yīng)存在虛焊、漏焊、短路等現(xiàn)象，焊點大小以布滿焊盤為準(zhǔn)，焊接質(zhì)量的判斷除了目測，還需要借助萬用表測量；印制板或者機殼內(nèi)應(yīng)保持整潔美觀，不應(yīng)有異物存在。

4.2 通電測試

對于DIY 電子產(chǎn)品的調(diào)試和檢測來講，應(yīng)先進行不通電檢查，發(fā)現(xiàn)的問題得到有效解決后，再進行通電測試。

接通電源后，先憑借五感和經(jīng)驗法得知各級單元電路各部位的通電反應(yīng)。仔細(xì)觀察電源指示燈的亮度情況，有無異樣氣味，印制板和電路元器件有無冒煙的現(xiàn)象；對于低壓直流供電的產(chǎn)品，用手觸摸一下元器件溫度是否發(fā)燙，如電源電路的濾波電容器、電源變壓器（如是開關(guān)電源用請勿觸摸，以防觸電）、三極管或者集成電路等元器件。通過仔細(xì)觀察，有時可以直接發(fā)現(xiàn)有故障的位置或者元器件。但是，如有冒煙、元器件燒斷燒焦、跳火、發(fā)熱的現(xiàn)象，必須立即切斷電源，確定異常的元器件在原理圖的部位，然后分析原因，再確定檢修部位。如果一時觀察不清，可重復(fù)開機，但每次時間不要太長，避免擴大故障范圍。必要時，斷開可疑的部位再進行試驗，看故障是否消除。如果觀察后一切正常，可以用儀器儀表（萬用表或示波器）檢查供電系統(tǒng)的電壓和紋波系數(shù)。

對于具有內(nèi)部電源的電子電路一般先對電源電路進行調(diào)試，再依次調(diào)試其余單元電路。通電測試時，先對電路進行分塊隔離，然后進行靜態(tài)測試。靜態(tài)調(diào)試時，一定要避免電路接收信號，更不能在電路中加入交流信號，比如功放電路不要輸入音頻信號。測量關(guān)鍵部位和重點元件的電壓和電流是通電測試過程中常用的方法。只是測量電流時，需要將萬用表串聯(lián)所測回路中，對于沒有獨立開關(guān)的回路確實存在麻煩，而采用測量電壓的方法優(yōu)勢明顯。測試和調(diào)整電路的靜態(tài)工作點及其技術(shù)指標(biāo)因系統(tǒng)組成元件不同，方法也有所差別。對于分立元件組成的系統(tǒng)，在確保元件無損壞的前提下，需要單獨測試和調(diào)整單元電路的靜態(tài)情況。對集成運放組成的系統(tǒng)測試時，必須保證無輸入時也沒有輸出。需要采取“消振”的措施來消除自激振蕩，采用“調(diào)零”的方法以克服運放失調(diào)電壓Ucb 和失調(diào)電流Ios 的影響。對于數(shù)字集成電路組成的電路系統(tǒng)，應(yīng)先檢查單片集成電路的邏輯功能，再對多片集成電路進行整體調(diào)試。

一般而言，對于DIY 電子產(chǎn)品的調(diào)試和檢測來講，調(diào)試和檢測人員的專業(yè)素質(zhì)和經(jīng)驗并非一流，擁有和掌握各種各樣的儀器儀表和維修工具必是難事。這就需要適用于DIY 電子產(chǎn)品的特有調(diào)試和檢測技術(shù)。不通電調(diào)試和通電調(diào)試的靜態(tài)測試后，并未解決的問題就需要采用動態(tài)測試的方法來解決。動態(tài)調(diào)試，就是在正常工作狀態(tài)下，對電子電路輸入合適幅度和頻率信號，并跟隨信號的流向測試和調(diào)整指標(biāo)。動態(tài)調(diào)試的理論基礎(chǔ)是對電路的原理分析，要有信號流向的概念，善于對實測的數(shù)據(jù)、波形和現(xiàn)象進行分析和判斷。對于電路中存在的問題和異常現(xiàn)象追根究底，確定改善部位，并確定行之有效的方案進行積極處理，滿足預(yù)設(shè)的電路技術(shù)性能指標(biāo)要求。雖然這一操作對工作人員的理論知識、經(jīng)驗和技巧有所要求，但對于敢于嘗試DIY 電子產(chǎn)品的人士來講并非難事，借助一臺數(shù)字示波器就可解決問題。數(shù)字示波器具有使用簡單方便，波形處理能力強，不需要計算等強大功能。需要說明的是，電子電路的各項指標(biāo)互相影響，在調(diào)試電路時需要有整體意識，并且通過示波器屏幕上的波形情況判斷故障部位。

5 結(jié)語

DIY 是一種創(chuàng)新手段，更是降低電子產(chǎn)品研究成本和提高用戶體驗的重要方法。參與DIY 人員需要根據(jù)DIY 電子產(chǎn)品的獨特性，制造出安全、可靠、實用的電子產(chǎn)品。DIY 電子產(chǎn)品焊接裝配后的調(diào)試和檢測人員需要具備一定的理論知識和操作能力，并掌握一些調(diào)試和維修方法及技巧來提高產(chǎn)品的質(zhì)量和服務(wù)品質(zhì)。

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