1-3 Аналоговые функции электронных схем.
В этом разделе представлен обзор некоторых функций, которые могут выполнять аналоговые электронные схемы. Сложные электронные системы можно разбить на набор отдельных функций. Умение распознавать отдельные функции, их взаимодействие и вклад каждой из них в работу системы упрощает анализ и поиск неисправностей.
Аналоговые схемы выполняют определённые операции. Эти операции обычно выполняются над сигналами. Сигналы — это электрические величины, такие как напряжение или ток, которые имеют определённое значение и являются полезными с точки зрения дальнейшей обработки. Например, микрофон преобразует человеческий голос в небольшое напряжение, частота и уровень которого изменяются со временем. Это небольшое (по уровню) напряжение называется аудиосигналом.
Аналоговые электронные схемы часто называют в соответствии с функцией или операцией, которую они выполняют. Усиление — это процесс увеличения или усиления сигнала, а схемы, которые это делают, называются усилителями. Вот список основных типов аналоговых электронных схем:
- Сумматоры: Схемы, которые складывают сигналы. Также существуют вычитатели, которые называют дифференциальными усилителями.
- Усилители: Схемы, которые увеличивают напряжение, ток или мощность сигнала.
- Аттенюаторы: Схемы, которые уменьшают уровень сигнала.
- Ограничители: Устройства, которые предотвращают превышение сигналом определённого уровня амплитуды.
- Компараторы: Устройства, которые сравнивают напряжение сигнала с опорным напряжением. Некоторые имеют один пороговый уровень, другие — два.
- Контроллеры: Устройства, которые регулируют сигналы и управляют нагрузкой. Например, контроллер может использоваться для установки и поддержания скорости двигателя.
- Преобразователи: Устройства, которые преобразуют сигнал из одной формы в другую (например, преобразователи напряжения в частоту и частоты в напряжение).
- Дифференциаторы: Схемы, которые реагируют на быстро изменяющиеся события. Их также называют фильтрами верхних частот.
- Демультиплексоры: Устройства, которые направляют один сигнал на несколько выходов или один выходной путь на несколько устройств.
- Детекторы: Устройства, которые извлекают или восстанавливают информацию из сигнала (например, радиодетектор извлекает голос или музыку из радиосигнала). Их также называют демодуляторами.
- Делители: Устройства, которые арифметически делят сигнал.
- Фильтры: Устройства, которые удаляют нежелательные частоты из сигнала, пропуская только те, которые нужны.
- Интеграторы: Схемы, которые суммируют сигнал за определённый интервал времени.
- Инверторы: Устройства, которые преобразуют постоянный ток (DC) в переменный (AC).
- Смесители: Другое название сумматоров; также нелинейные схемы, которые создают сумму и разность частот двух входных сигналов.
- Модуляторы: Устройства, которые позволяют одному сигналу управлять амплитудой, частотой или фазой другого сигнала.
- Мультиплексоры: Устройства, которые объединяют несколько сигналов в один или выбирают один из нескольких источников сигнала для одного выхода.
- Умножители: Устройства, которые выполняют арифметическое умножение определённой характеристики сигнала. Существуют умножители частоты и амплитуды.
- Генераторы: Устройства, которые преобразуют постоянный ток (DC) в переменный (AC).
- Выпрямители: Устройства, которые преобразуют переменный ток (AC) в постоянный (DC).
- Регуляторы: Схемы, которые поддерживают постоянное значение, например напряжение или ток.
- Датчики: Схемы, которые преобразуют физические характеристики в напряжение или ток.
- Источники: Источники энергии — напряжения, тока или мощности.
- Переключатели: Устройства, которые включают или выключают сигналы или изменяют путь сигнала в электронной системе.
- Таймеры: Устройства, которые управляют или измеряют время.
- Триггеры: Схемы, которые активируются при определённом значении входного сигнала и обычно создают выходной импульс.
Схемы электрические (принципиальные) и блок-схемы.
Электрическая схема показывает все отдельные компоненты схемы и то, как они соединены между собой. На схемах используются стандартные символы для обозначения компонентов.
Блок-схема показывает все отдельные функции системы и то, как сигналы проходят через систему. Электрические схемы обычно необходимы для так называемого поиска неисправностей на уровне компонентов. Компонент — это отдельная часть, такая как резистор, конденсатор или интегральная схема. Ремонт на уровне компонентов требует от инженера выявления и замены неисправных деталей (компонентов).
Ремонт на системном уровне часто требует только знания блок-схемы. Инженер наблюдает за неисправностями и проводит измерения, чтобы определить, какие функции работают неправильно. Затем заменяется весь модуль, панель или плата. Поиск неисправностей на уровне компонентов обычно занимает больше времени, чем на системном уровне. Поскольку время — это деньги, может быть экономически выгодно заменять целые модули или платы.
Поиск неисправностей начинается на системном уровне. Используя знание функций схемы, блок-схему, наблюдение за неисправностями и измерения, инженер выявляет методом исключения один или несколько неработающих функциональных элементов. Если запасные платы или модули есть в наличии, одна или несколько функций (элементов) могут быть заменены. Однако если требуется поиск неисправностей на уровне компонентов, техник продолжает процесс выявления неисправности до уровня компонентов, часто используя вольтметр и осциллограф.
На рис. 1-5 показан один блок блок-схемы, чтобы вы могли понять процесс. Поиск неисправностей часто представляет собой серию простых решений "да" или "нет". Например, нормальный ли выходной сигнал, показанный на рис. 1-5? Если да, то нет необходимости искать неисправности в этой функции (или элементе) схемы. Если он не нормальный, существует четыре варианта:
- Проблема с источником питания.
- Проблема с входным сигналом.
- Неисправный блок (функция).
- Комбинация этих трёх факторов.
Вольтметры и/или осциллографы обычно используются для проверки источника питания и входного сигнала блока. Если питание и входные сигналы в норме, то блок можно заменить или начать поиск неисправностей на уровне компонентов для этой функции схемы.
Следующие главы этой книги подробно описывают, как работают электронные схемы, и охватывают поиск неисправностей на уровне компонентов.
Рисунок 1-6 (в начале статьи) показывает блок с одним входом (питание) и одним выходом. Предполагая, что выходной сигнал отсутствует или некорректен, возможные причины следующие:
- Неисправен источник питания.
- Неисправен генератор.
- Неисправны оба компонента.
Рисунок 1-7 (в начале статьи) показывает усилитель, который управляется отдельным входом. Если его выходной сигнал некорректен, возможные причины:
- Неисправен источник питания.
- Неисправен входной сигнал.
- Неисправен управляющий вход.
- Усилитель вышел из строя.
- Комбинация этих четырёх факторов.
Рисунок 1-8 иллюстрирует часть блок-схемы радиоприёмника. Он показывает, как сигналы проходят через систему. Радиосигнал усиливается, детектируется, ослабляется, снова усиливается и затем отправляется на громкоговоритель для воспроизведения звука. Понимание того, как сигнал перемещается от блока к блоку, позволяет технику работать эффективно. Например, если сигнал отсутствует или слаб в точке 5, проблема может быть вызвана плохим сигналом в точке 1, или любой из показанных блоков может быть неисправен. Сначала следует проверить источник питания, так как он влияет на большинство функций схемы. Если он исправен, то сигнал можно проверить в точке 1, затем в точке 2 и так далее. Неисправный каскад будет быстро обнаружен благодаря этому упорядоченному процессу. Если сигнал нормальный в точке 3, но не в точке 4, то неисправен блок аттенюатора и/или его управляющий вход.
Большая часть этой книги посвящена деталям схем, необходимым для поиска неисправностей на уровне компонентов. Однако следует помнить, что поиск неисправностей начинается на системном уровне. Всегда держите в уме чёткое представление о том, какова функция отдельной схемы и как эта функция может быть объединена с другими функциями для обеспечения работы системы.