ГлавнаяСигнатурные анализаторыОсновы сигнатурного анализа (ASA)

Портативные сигнатурные анализаторы

Сигнатурные анализаторы серии Huntron Tracker

Компания-производитель: Huntron, Inc., США

Детальное описание метода аналогового сигнатурного анализа (ASA)

  1. Часть 1. Основы аналогового сигнатурного анализа (ASA)
  2. Часть 2. Тестирование резисторов
  3. Часть 3. Тестирование конденсаторов
  4. Часть 4. Тестирование катушек индуктивности
  5. Часть 5. Тестирование диодов
  6. Часть 6. Тестирование транзисторов
  7. Часть 7. Тестирование устройств переключения
  8. Часть 8. Тестирование интегральных схем (ИС)
  9. Часть 9. Примеры диагностики дефектов с помощью сигнатурного анализа


Часть 1. Основы аналогового сигнатурного анализа (ASA)

Сигнатурный анализатор Tracker производства компании Huntron обеспечивает генерацию высокоточного, ограниченного по току, переменного синусоидального сигнала, подачу его на исследуемый компонент и вывод на дисплей результирующих значений тока, падения напряжения и фазового сдвига. Величина протекающего через тестируемый компонент тока определяет вертикальное отклонение кривой графика, а падение напряжения на компоненте определяет горизонтальное отклонение кривойграфика на экране прибора. Результирующая кривая на экране называется аналоговой сигнатурой исследуемого компонента. Понимание функциональной схемы сигнатурного анализатора является ключом к пониманию того, как аналоговые сигнатуры изменяются от типа тестируемого компонента. Сигнатурный анализ также называется методом «U-I» (метод напряжение-ток), так как индуцированный в исследуемой цепи или компоненте ток является функцией импеданса, и поэтому аналоговая сигнатура может быть представлена как визуализированный закон Ома: U = I*R, где U - напряжение, I – ток, R–сопротивление.

На рисунке ниже приведена упрощенная диаграмма сигнатурного анализатора. Генератор синусоидального сигнала является источником тестового сигнала, подключен к делителю напряжения, состояющему из сопротивлений RS и RL. Импеданс нагрузки RL является импедансом исследуемого компонента. Сопротивление RL включено последовательно с внутренним сопротивлением сигнатурного анализатора RS или сопротивлением источника. Так как сопротивление RS является постоянным, то величина падения напряжения на исследуемом компоненте и величина тока через компонент, зависят только от величины RL.

Рисунок 1-1. Блок-диаграмма сигнатурного анализатора
RS - сопротивление источника, VS - напряжение источника, RL - сопротивление нагрузки, FS - частота сигнала

Каждый тестовый сигнал или диапазон, имеет три параметра: напряжение источника VS, сопротивление RS и частоту сигнала источника FS. При использовании метода сигнатурного анализа, одной из первых задач является правильный выбор диапазона величин для получения наиболее информативных данных по аналоговой сигнатуре исследуемого компонента. Сигнатурные анализаторы Huntron справляются с такой задачей благодаря возможности установки требуемого параметра диапазона измерений. Например, величина напряжения тестового сигнала VS может выделить или скрыть характеристики переключения или лавинного пробоя полупроводников. Частота FS тестового сигнала может выделить или скрыть реактивную составляющую (емкость или индуктивность) компонента или цепи. Сопротивление RS источника служит для наиболее полного согласования импеданса нагрузки (исследуемого компонента или цепи) и наиболее точного воспроизведения результирующей сигнатуры.

Горизонтальная ось

Величина падения напряжения на исследуемом компоненте определяет величину отклонения кривой графика вдоль горизонтальной оси на дисплее прибора. Если из тестовой схемы удалить сам исследуемый компонент, образуя, таким образом, открытую цепь (т.е. RL = ∞), напряжение на выходных разъемах прибора достигнет максимума, что приведет к отображению горизонтальной линии во всю ширину дисплея.

Рисунок 1-2. Дисплей, соответствующий открытому состоянию выходных разъемов прибора

Горизонтальная ось разделена метками масштабной сетки, похожими на те, которые используются в стандартных осциллографах с электронно-лучевой трубкой. Каждая метка соответствует примерно ¼ значения пикового напряжения выбранного диапазона. Например, при выбранном диапазоне 10 В, каждая метка шкалы соответствует примерно 2.5 В. Вы можете использовать эти данные для примерной оценки падения напряжения через исследуемый компонент. Изменение напряжения VS выглядит примерно так же, как и изменение масштаба вольт-на-деление для осциллографа. В таблице 1-1 приведены значения вольт/деление для каждого измерительного диапазона прибора:

диапазон напряжения Напряжение/деление
20 В 5.00
15 В 3.75
10 В 2.50
5 В 1.25
3 В 0.75
200 мВ 0.05
Таблица 1-1. Горизонтальный масштаб и диапазон напряжений источника

Область просмотра сигнатур на дисплее прибора может быть представлена в виде 4 квадрантов, для положительных и отрицательных характеристик тока и напряжения. См. рисунок ниже.

Рисунок 1-3. Отображение горизонтальной оси и меток масштабной сетки

При положительной величине сигнала (положительные значения напряжения и тока), сигнатура находится в правой части дисплея. При отрицательной величине сигнала (отрицательные значения напряжения и тока), сигнатура находится в левой части дисплея.

Вертикальная ось

Величина отклонения кривой графика вдоль вертикальной оси на дисплее прибора определяется падением напряжения на внутреннем импедансе RS источника сигнала прибора. Так как сопротивление RS включено последовательно вместе с сопротивлением RL, это напряжение будет пропорционально значению тока, протекающему через резистор RL. Величина тока, протекающего через исследуемый компонент, в конечном счете, и определяет вертикальную часть сигнатуры. Если сделать сопротивление RL равным нулю (0 Ом), путем соединения выходного и общего разъемов прибора, то падение напряжения на сопротивлении RL будет также равно нулю. Это приведет к тому, что горизонтальная часть сигнатуры не будет отображена, а вертикальная часть сигнатуры в виде линии отобразится на всю высоту дисплея прибора.

Рисунок 1-4. Дисплей, соответствующий короткозамкнутому состоянию выходных разъемов прибора

Аналоговые сигнатуры четырех базовых компонентов

Все аналоговые сигнатуры являются комбинацией одной или более сигнатур базовых компонентов, которыми являются: сопротивление, емкость, индуктивность и полупроводник. См. рисунок 1-5. Каждый из этих базовых компонентов реагируют по-своему на тестовый сигнал прибора. Способность узнавать эти базовые уникальные сигнатуры на дисплее прибора, является одним из ключевых условий для успешной диагностики неисправностей с помощью метода ASA. Когда компоненты образуют некую цепь, сигнатура каждого узла такой цепи соответствует композиции сигнатур базовых элементов в такой цепи. Например, цепь, состоящая из сопротивления и емкости, будет иметь сигнатуру, соответствующую сигнатурам резистора и емкости. Сигнатура резистора всегда представлена прямой линией, расположенной под углом от 0° до 90°. Сигнатура конденсатора (емкости) всегда представлена в виде окружности или эллипса. Сигнатура индуктивности всегда представлена в виде окружности или эллипсоида, с возможным присутствием сигнатуры внутреннего сопротивления. Наконец, сигнатура полупроводникового диода всегда состоит из двух или более линейных сегментов, составляющих, как правило, примерно прямой угол. Сигнатура полупроводимости может показать характеристики прямой и обратной проводимостей, т.е. вид характеристики стабилитрона.

Рисунок 1-5. Аналоговые сигнатуры четырех базовых компонентов

Как получаются аналоговые сигнатуры

Сигнатуры, приведенные в данном документе, получены с помощью анализаторов сигнатур производства компании Huntron, Inc. Для получения большинства сигнатур, приведенных в данном документе, применялся метод с использованием двух пробников. Пробники подключались либо к выводам компонента, либо к выводу компонента и общей точке, такой как земля или Vcc на печатной плате.

Рисунок 1-6. Обычное применение анализатора сигнатур для тестирования сопротивления с использованием двух пробников. Один пробник (красный) подключен к разъему «Канал А», другой пробник подключен к разъему «Общий»

Разъемы «Канал А» и «Канал Б» являются тестовыми разъемами или сигнальными разъемами. Тестовый сигнал подается на исследуемый компонент через эти разъемы. Разъем «Общий» является общим разъемом или разъемом возврата сигнала. Иногда такой разъем именуется как «земля», хотя разъем «Общий» может быть подключен к любой точке исследуемой схемы.

Сигнатуры эталонного и проверяемого компонента

В большинстве случаев, аналоговый сигнатурный анализ основан на процедуре сравнения. Это означает сравнение сигнатуры эталонной (заведомо исправной) печатной схемы, с сигнатурой проверяемой печатной схемы (с подозрением на неисправность). Различие в полученных сигнатурах может быть свидетельством того, что проверяемая схема является источником потенциальной проблемы и может не соответствовать заявленным требованиям. Как правило, разъем «Канал А» используется для подключения эталонной схемы, а разъем «Канал Б» - для проверяемой схемы.

Анализаторы сигнатур Tracker производства компании Huntron, оснащены двумя тестовыми каналами. Выбор канала осуществляется либо с помощью сооветствующих клавиш, расположенных на передней панели, либо с помощью программного обеспечения «Huntron Wordstation».

Рисунок 1-7. Выбор тестового канала с помощью клавиш на передней панели или с помощью программного обеспечения Huntron Workstation

При использовании одноканальной схемы тестирования, красный пробник должен быть подключен к соответствующему тестовому (test terminal)гнезду прибора, а черный пробник (или общий пробник), должен быть подключен к общему (common terminal) гнезду прибора.Во время тестирования, красный пробник должен быть подключен к выводу компонента с положительным потенциалом (например, анод, +V и т.д.), а черный пробник должен быть подключен к выводу компонента с отрицательным потенциалом или общей точке (например, катод, земля и т.д.). Указанная процедура обеспечивает отображение сигнатуры компонента в правильном квадранте на дисплее прибора.

Типичное сравнение сигнатур представлено на рисунках 1-8 и 1-9. Зеленым цветом отображена «опорная», правильная сигнатура, красным отображена сигнатура с отклонением от нормы.

Рисунок 1-8. Сравнение сигнатур эталонного (исправного) и проверяемого (неисправного) компонентов

На изображениях выше приведено сравнение сигнатур эталонного (исправного, отображение зеленым цветом) и проверяемого (неисправного, отображение красным цветом) компонентов. Сигнатура на левом рисунке представляет поврежденный транзистор (утечка тока) в сравнении с исправным устройством. Сигнатура на правом рисунке представляет исправную и поврежденную (с коротким замыканием витков) катушку индуктивности.

Рисунок 1-9. Сравнение сигнатур эталонного (исправного) и проверяемого (неисправного) компонентов

На изображениях выше приведено сравнение сигнатур эталонного (исправного, отображение зеленым цветом) и проверяемого (неисправного, отображение красным цветом) компонентов. Сигнатура на левом рисунке представляет исправный вывод интегральной схемы 74S04 IC в сравнении с поврежденным выводом (поврежденный выходной полупроводниковый переход). Сигнатура на правом рисунке представляет исправный и поврежденный (выраженный эффект утечки) конденсатор.

Выбор сопротивления

Сигнатурные анализаторы, как правило, обеспечивают работу с разными диапазонами сопротивлений, изменяющихся от 10 Ом до 100 кОм. Выбор сопротивления осуществляется либо с помощью соответствующей клавиши на передней панели прибора, либо с помощью настроек параметров сопротивления в программном обеспечении «Huntron Workstation» в окне «Tracker» (рисунок 1-10).

Наиболее подходящим способом для начала работы, является выбор некоторого среднего значения сопротивления (т.е. 100 Ом или 1 кОм). Если сигнатура на дисплее прибора по характеру близка к открытой цепи (горизонтальная линия), то для получения более наглядного изображения сигнатуры, необходимо установить следующее по возрастанию значение сопротивления. Если сигнатура на дисплее прибора по характеру близка к закороченной цепи (вертикальная линия), то для получения более наглядного изображения сигнатуры, необходимо установить следующее по убыванию значение сопротивления. Оптимальная резистивная сигнатура имеет наклон примерно в 45° относительно меток масштабной сетки.

Рисунок 1-10. Выбор сопротивления в ПО «Huntron Workstation» в окне «Tracker»

Выбор частоты

Частота тестового сигнала может изменяться от 20 Гц до 5000 Гц и может быть выбрана либо с помощью соответствующей клавиши на передней панели прибора, либо с помощью настроек параметров частоты в программном обеспечении «Huntron Workstation» в окне «Tracker» (см. рисунок 1-11).

Рисунок 1-11. Выбор частоты в ПО «Huntron Workstation» в окне «Tracker»

Как правило, частота изменяется при тестировании реактивных компонентов, таких как конденсаторы и катушки индуктивности. Изменение частоты приводит к изменению эллиптической формы отображаемых на дисплее сигнатур.

Выбор напряжения

Выбор тестового напряжения осуществляется в диапазоне от 200 мВ до 20 В. Эти значения относятся к пиковым значениям синусоиды, подаваемой на исследуемый компонент. Напряжение может быть выбрано либо с помощью соответствующей клавиши на передней панели прибора, либо с помощью настроек параметров напряжения в программном обеспечении «Huntron Workstation» в окне «Tracker» (см. рисунок 1-12).

Рисунок 1-12. Выбор напряжения в ПО «Huntron Workstation» в окне «Tracker»

Источник напряжения DC

Анализаторы сигнатур Tracker оснащены встроенным источником напряжения DC (постоянного тока), что позволяет тестировать некоторые компоненты(транзисторы, тиристоры, оптроны и т.д.) в их активном режиме, не выпаивая их из схемы. В этом случае, помимо красного и черного пробника, выход источника напряжения DC подключается к управляющему выводу проверяемого компонента с помощью специального кабеля, входящего в комплект поставки (см. рисунок 1-13).

Рисунок 1-13. Применение внутреннего источника напряжения DC прибора

Параметры напряжения DC могут быть выбраны либо с помощью соответствующих клавиш на передней панели прибора, либо с помощью настроек параметров напряжения DC в программном обеспечении «Huntron Workstation» в окне «Tracker» (см. рисунок 1-14).

Рисунок 1-14. Настройка параметров источника напряжения DC в ПО «Huntron Workstation» в окне «Tracker»

ГлавнаяСигнатурные анализаторыОсновы сигнатурного анализа (ASA)

Поиск


События и новинки


Новинки:
Многофункциональный анализатор частотного отклика ВЕКТОР-375. Точность измерения усиления и фазы (0.01 дБ и 0.025°). Частотный диапазон от 10 мкГц до 50 МГц. Изолированные входы/выход (до 500 Впик). Прецизионное измерение импеданса.

Сигнатурные анализаторы Tracker 2800S для локализации дефектов и неисправностей в печатных платах на компонентном уровне
(пассивные и активные устройства, устройства переключения, цифровые и аналоговые ИС).

Измерительный комплекс для диагностики состояния трансформаторов методом частотного анализа (МЧА) SFRA-45. Базовая точность измерения уровня 0.02 дБ. Частотный диапазон 5 Гц … 45 МГц.

Сертификация:
По результатам испытаний для цели утверждения типа получено свидетельство
(включение в Госреестр СИ РФ, №49139-12) на селективный измеритель ЛЭП-500.