工業(yè)電路板維修入門：運放和比較器原理新解與故障診斷

第1篇 運放電路原理新解與故障診斷
第1章為何要“新解”運放？002
1.1　引子002
1.2　筆者學(xué)習(xí)和掌握運放電路的歷程002
1.3　本書所涉及電路內(nèi)容005
1.4　檢修運放電路的理論基礎(chǔ)006
1.4.1　歐姆定律006
1.4.2　“電流檢測法”與“成片檢測法”的提出007
1.4.3　所有運放都是直流放大器，所有信號都是直流電壓信號009
1.4.4　“虛斷”與“虛短”規(guī)則，既是原理又是檢測依據(jù)010
1.5　為何要“新解”運放電路？010

第2章運放原理初階012
2.1　運放特性簡說012
2.2　運放符號及結(jié)構(gòu)簡析013
2.2.1　運放的原符號和新符號013
2.2.2　運放電路的開環(huán)表現(xiàn)013
2.3　電壓跟隨器的電路類型和工作原理015
2.3.1　串聯(lián)分壓電路的結(jié)果估算015
2.3.2　電壓跟隨器基本電路017
2.3.3　電壓跟隨器的電路構(gòu)成019
2.3.4　實際電路舉例026
2.3.5　電壓跟隨器電路的故障檢修026

第3章同相放大器原理與故障檢修027
3.1　同相放大器工作原理簡述027
3.2　同相放大器故障檢修要點028
3.2.1　“虛斷”規(guī)則不成立，器件（芯片）壞028
3.2.2　“虛短”規(guī)則不成立，故障從此處查起029
3.2.3　運放器件既符合比較器規(guī)則，偏置電路又符合分壓規(guī)則，但電路狀態(tài)顯然不對，故障何在？030
3.2.4　不易覺察的故障現(xiàn)象：“虛短”質(zhì)量變差，輸出值稍微偏低031
3.3　專門適用于同相放大器的檢修規(guī)則032
3.3.1　反相輸入端接地端電阻開路，同相放大器變身為電壓跟隨器032
3.3.2　同相輸入端懸空時，測試輸入或輸出電壓表現(xiàn)異常032
3.4　同相放大器/電壓跟隨器的電路實例034
3.5　同相加法器電路035
3.5.1　同相加法器原理解析035
3.5.2　同相加法器檢測要點036
3.6　同相放大器故障檢修實例036

第4章反相放大器原理與故障檢修037
4.1　反相放大器的電路結(jié)構(gòu)037
4.2　反相放大器原理簡析037
4.3　反相放大器分析方法038
4.4　加法器/反相求和電路040
4.4.1　計算簡易的反相求和電路040
4.4.2　計算稍為煩瑣的反相求和電路040
4.5　反相放大器的故障檢修規(guī)則041
4.6　實際應(yīng)用電路舉例042
4.7　反相放大器電路故障檢修實例042

第5章差分（減法器）電路原理與故障檢修043
5.1　差分放大（衰減）器基本電路形式和工作原理043
5.1.1　差分放大器基本(等效)電路原理簡述044
5.1.2　差分放大器分析方法044
5.2　預(yù)加偏置電壓的差分放大器046
5.2.1　工作原理解析046
5.2.2　電路動態(tài)過程分析047
5.3　輸入信號和運放供電電源不共地的差分放大器047
5.3.1　電路分析法1047
5.3.2　電路分析法2048
5.3.3　更簡單的圖示分析法049
5.4　用差分電路構(gòu)成的恒流源電路049
5.5　儀用放大器（高阻抗輸入的差分放大器）050
5.5.1　儀用放大器基本電路形式050
5.5.2　模擬電路偏偏不用于對模擬信號的處理051
5.5.3　芯片式儀用放大器的電路實例052
5.6　差分放大器檢修方法053

第6章精密半波和全波整流電路原理解析057
6.1　精密半波整流電路057
6.2　常見全波精密整流電路形式059
6.2.1　精密全波整流電路之一059
6.2.2　精密全波整流電路之二060
6.3　精密半波、全波電路的故障檢修方法061

第7章單電源供電的運算放大器062
7.1　單、雙電源供電運放及代換事項062
7.2　單電源運放作為放大器應(yīng)用時的技術(shù)措施063
7.3　芯片代換結(jié)論064

第8章基準(zhǔn)電壓的來源065
8.1　由電源電壓經(jīng)電阻串聯(lián)分壓產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓065
8.2　由運放電路生成的基準(zhǔn)電壓066
8.3　“專業(yè)”基準(zhǔn)電壓源電路之一067
8.4　“專業(yè)”基準(zhǔn)電壓源電路之二067
8.5　可編程基準(zhǔn)電壓源電路068

第9章放大器的預(yù)置基準(zhǔn)070
9.1　“潛”的基準(zhǔn)——不需要另外增設(shè)的基準(zhǔn)070
9.2　“顯”的基準(zhǔn)——雙電源供電運放額外設(shè)置的基準(zhǔn)071
9.2.1　從+5V供電端取得基準(zhǔn)的電壓跟隨器電路071
9.2.2　-5V基準(zhǔn)電壓輸入的加法器/反相求和電路072
9.2.3　-3.3V基準(zhǔn)電壓輸入的加法器/反相求和電路072
9.2.4　3種電路的總結(jié)073
9.3　單電源供電的運放電路基準(zhǔn)的設(shè)置074

第10章 恒流源電路076
10.1　電壓跟隨器結(jié)構(gòu)的恒流源電路076
10.1.1　電路工作原理簡述076
10.1.2　圖1-10-2恒流源電路的故障檢測要點078
10.2　單端輸入、雙端輸出式差分放大器的恒流源電路078
10.2.1　電路實例和電路化簡1、2的深入分析078
10.2.2　電路化簡3的深入分析080
10.3　雙端輸入、雙端輸出式差分放大器的恒流源電路081
10.3.1　V-I轉(zhuǎn)換/恒流源主電路及化簡電路的初步分析081
10.3.2　深度化簡和深度分析082

第11章 可編程放大器084
11.1　電路原理解析084
11.2　電路故障檢測方法085

第12章 微積分電路原理及檢修086
12.1　積分、微分電路的基本概念086
12.2　由運放器件和RC電路構(gòu)成的積分電路088
12.2.1　電容充電的3個過程和3種表現(xiàn)088
12.2.2　電容充電過程中的調(diào)控作用導(dǎo)致放大器發(fā)生的“三次變身”089
12.2.3　積分電路的檢修要點（以應(yīng)用廣泛的反相積分放大器為例）090
12.3　由運放器件和RC電路構(gòu)成的微分電路091
12.3.1　電路特性分析091
12.3.2　微分電路檢修要點092
12.4　在結(jié)構(gòu)上一樣的電路，如何區(qū)分是反相放大器還是積分電路？092

第13章 認識IC器件094
13.1　芯片的溫度序列094
13.2　IC器件的封裝形式095
13.3　芯片的性能序列097
13.3.1　以284xx系列開關(guān)電源芯片為例097
13.3.2　以TL0xx系列芯片為例098
13.4　芯片的代換問題099

第2篇電壓比較器原理新解與故障檢測方法
第1章電壓比較器綜述102
1.1　基本電路和相關(guān)定義102
1.2　提出新符號和簡要定義104
1.2.1　初識電壓比較器104
1.2.2　建立電壓比較器的新符號105

第2章電壓比較器的常用電路形式108
2.1　基本電路形式——“點”（單值）比較器108
2.2　“段”（滯回/遲滯）比較器109
2.3　梯級電壓比較器電路110
2.4　“片”（窗口）比較器電路110
2.5　具有“雙重身份”的比較器電路——梯級比較器和窗口比較器的組合電路111

第3章比較基準(zhǔn)的設(shè)置和來源113
3.1　基準(zhǔn)電壓電路113
3.2　由電路形式預(yù)判正常輸入信號的電壓幅度和范圍114

第4章電壓比較器的在線鑒別及故障診斷116
4.1　在線鑒別比較器和運放器件的方法116
4.2　比較器的檢修思路和方法117
4.2.1　檢修思路117
4.2.2　檢測方法118

第5章電壓比較器的應(yīng)用特例120
5.1　10V基準(zhǔn)電壓發(fā)生器電路120
5.2　驅(qū)動電路的供電電源電路121
5.3　故障檢修思路121

第3篇模擬電路故障的診斷與檢測
第1章小試牛刀：簡單點的模擬電路——溫度檢測電路124
實例1 運放芯片影響了分壓值：“虛斷”規(guī)則已經(jīng)不成立——寶德BEM200型3.7kW變頻器，上電報E.OH故障124
實例2　也許“虛斷”不成立是運放芯片損壞后常見故障——CVF-G3型11kW變頻器上電顯示故障代碼Er.11125
實例3　處理模擬信號也不一定就會用到運放芯片——ABB-ACS550型22kW變頻器溫度控制檢測電路126
實例4　當(dāng)電壓跟隨器的輸出電壓不等于輸入電壓時——康沃FSCG型4kW變頻器上電顯示ER11故障代碼127
實例5　看似復(fù)雜，其實簡單的檢測電路——富士5000G1S-55/75kW變頻器上電報OH3故障128
實例6　不要讓外圍電路牽連運放芯片——艾瑞克E700型45kW變頻器上電報過熱故障130
實例7　開關(guān)信號和模擬信號“混搭”的溫度檢測電路——臺達VFD300B43A型45kW變頻器上電報過熱故障131
實例8　傳輸模擬信號偏偏不用運放！——匯川MD300型5.5kW變頻器上電誤報Err14故障132

第2章也不算復(fù)雜：直流母線電壓檢測電路134
實例1　運放芯片的表現(xiàn)不講道理-——微能WIN-9P型15kW變頻器遭雷擊后報LU故障的修復(fù)134
實例2　偏置電路的“失職”，導(dǎo)致運放電路的“身份”改變——艾瑞克EI-700型55kW變頻器報OU（過電壓）故障檢修136
實例3　基準(zhǔn)電壓的高低由MCU說了算——丹佛斯VLT2815型3.7kW變頻器電壓檢測電路故障檢修137
實例4 簡單點的電路也能完成任務(wù)——艾默生SK型2.2kW變壓器上電報欠電壓故障138
實例5　運放器件可以壞出這種現(xiàn)象——普傳PI3000型55kW變頻器報LU故障139
實例6　供電電源是否正常要永遠放在檢測的第一位——眾辰H3400型1.5kW變頻器上電顯示OU0代碼140
實例7　基準(zhǔn)電壓的地位其實不低于電源電壓——德瑞斯DRS2800型3.7kW變頻器過電壓報警141
實例8　總有例外的電路結(jié)構(gòu)和形式——嘉信JX-G型37kW變頻器上電產(chǎn)生OU報警142
實例9　萬物都會衰老——日立SJ300型22kW變頻器上電報欠電壓故障144
實例10　可調(diào)元件，提供方便的同時又帶來故障隱患——派尼爾VF500G型，上電產(chǎn)生直流母線欠電壓報警146
實例11　別太依賴萬用表——四方E380型55kW上電報欠電壓故障147
實例12　器件的衰變并不罕見——ABB-ACS550型22kW變頻器啟動時顯示“機器未準(zhǔn)備好”147
實例13　沒有好辦法就全部焊點來一遍——ABB-ACS800型75kW偶爾報欠電壓故障149
實例14　不按規(guī)則“出牌”必遭淘汰——正泰NVF2型55kW變頻器上電報OV3故障之一150

第3章認識貼片IC元件151
3.1　貼片IC的封裝形式和種類151
3.2　貼片IC的種類153
3.2.1　數(shù)字IC電路153
3.2.2　模擬IC電路，主要由集成運算放大器（簡稱運放電路）組成154
3.3　如何辨識貼片IC器件的產(chǎn)品型號155
3.3.1　從印字（標(biāo)注字符）上確認型號155
3.3.2　借助元器件本體上的標(biāo)志確認起始腳的辦法156
3.3.3　MCU/DSP器件的辨別方法158
3.3.4　區(qū)分數(shù)字IC和模擬IC器件的方法159
3.3.5　從電路構(gòu)成判斷器件類型160
3.4　貼片IC的代換163

第4章如何“跑”電路及線路板測繪164
4.1　先認識一下實物164
4.2　先確定要跑的大致區(qū)域167
4.2.1　輸出電流檢測電路的區(qū)域劃定167
4.2.2　直流母線電壓檢測電路的區(qū)域劃定168
4.2.3　其他電路的區(qū)域劃定168
4.3　先找地、供電端169
4.4　知道在哪里停就會畫了171
4.5　攻克一路，全軍繳械171
4.6　畫電路圖的方法172
4.6.1　先按物理位置畫草圖，再加以整理172
4.6.2　直接將IC拆分后畫出173
4.6.3　畫出來看不懂就失去意義——整理的重要性175

第5章預(yù)測學(xué)及其他177
5.1　信號電壓預(yù)測學(xué)（前、中、后級電路之間的電壓結(jié)構(gòu)關(guān)系）177
5.1.1　圖3-5-1所對應(yīng)實際電路的電路形式判斷和關(guān)鍵點的電壓預(yù)測177
5.1.2　圖3-5-2所對應(yīng)實際電路的首端、末端信號電壓值預(yù)測178
5.1.3　圖3-5-3所對應(yīng)實際電路的前、中、后級電路的電路結(jié)構(gòu)及電壓值預(yù)測179
5.2　交流和直流，靜態(tài)和動態(tài)，電壓和電流180
5.3　“虛斷”規(guī)則不僅僅是運放電路的專利182
5.4　可以動手腳的地方和不能動手腳的地方183
5.5　“腦洞大開”使普通檢修裝備的“潛能”得以顯現(xiàn)184

第6章先兩端后中間與掃雷法及其他186
6.1　電流檢測電路中各點電壓預(yù)測186
6.1.1　電流傳感器輸出狀態(tài)186
6.1.2　模擬量信號處理的第一級——運放芯片IC500的輸入端和輸出端的狀態(tài)187
6.1.3　接地故障檢測電路的輸出端狀態(tài)189
6.1.4　短路故障檢測與報警電路的輸出狀態(tài)190
6.1.5　過載故障檢測與報警電路的輸出狀態(tài)190
6.2　繼續(xù)答疑191
6.3　先兩端后中間的快速檢修法192
6.3.1　對模擬量信號傳輸電路來說192
6.3.2　對接地故障檢測電路來說193
6.3.3　對圖3-6-1整體電路來說194
6.4　故障點“掃雷法”194
6.5　電路“首尾一通”法195

第7章變頻器輸出電流檢測電路實例197
7.1　輸出電流檢測電路的經(jīng)典結(jié)構(gòu)197
7.2　輸出電流檢測電路實例1198
7.2.1　簡述電路原理及電路構(gòu)成198
7.2.2　故障診斷思路和診斷方法199
7.2.3　故障檢修步驟和注意問題201
7.2.4　圖3-7-2電路的故障檢修203
7.3　輸出電流檢測電路實例2204
7.3.1　圖3-7-4電路結(jié)構(gòu)簡析204
7.3.2　圖3-7-4電路故障檢測204
7.4　輸出電流檢測電路實例3206
7.4.1　首重兩端，忽略中間206
7.4.2　光看靜態(tài)，不管動態(tài)206
7.4.3　庖丁解牛，不見全體208
7.4.4　奇怪結(jié)果，冷靜分析208

第8章“混搭”的模擬量信號輸出電路210
8.1　模擬開關(guān)、光耦合器、運放的“混搭電路”210
8.1.1　化簡電路和原理簡析210
8.1.2　檢修步驟和方法212
8.2　光耦合器、電壓比較器、運放器件的“混搭電路”213
8.2.1　電路原理簡述213
8.2.2　故障檢修方法214

參考文獻216