Как проверить микросхему: способы проверки мультиметром и осциллографом

Неисправность одной микросхемы может вывести из строя всё устройство — от бытовой техники до промышленного оборудования. При этом определить причину отказа бывает непросто: современные микросхемы содержат тысячи элементов, а видимых следов повреждения может не быть вовсе.

Разбираем все основные способы проверки микросхем на работоспособность: внешний осмотр, диагностику мультиметром (в том числе не выпаивая из платы), работу с осциллографом и проверку компонентов — конденсаторов, диодов, транзисторов, резисторов, тиристоров, оптопар.

Внешний осмотр

Проверка микросхемы всегда начинается с ее визуального осмотра. Вооружившись обыкновенной лупой, можно легко разглядеть явные дефекты: повреждения на корпусе, перегоревшие контакты, оторванные провода, обгоревшие элементы. Только при отсутствии вышеуказанных проблем стоит переходить к следующему этапу.

При внешнем осмотре проверяйте:

• Корпус микросхемы: трещины, сколы, оплавление, вздутие.
• Выводы (ножки): потемнение, обгорание, отсутствие контакта с дорожкой, замыкание между соседними ножками.
• Пайку: непропаи (матовая поверхность пайки), трещины в месте пайки, «холодная» пайка. Для осмотра используйте лупу с увеличением ×5–×10 или USB-микроскоп.
• Дорожки печатной платы вокруг микросхемы: короткие замыкания (металлические перемычки между дорожками), разрывы дорожек.
• Запах: горелая пластмасса, электролит или резина вблизи микросхемы — признак перегрева или КЗ.

Важно: если при осмотре обнаружены видимые повреждения корпуса или выгоревшие выводы — проверка мультиметром лишь подтвердит очевидное. Такую микросхему необходимо заменить.

Проверка цепей питания

Для выполнения этой задачи потребуется мультиметр. Чтобы не гадать, где и как подводится питание, лучше всего посмотреть в даташит (datasheet) — документ, содержащий технические характеристики изделия и схему его подключения. Плюс в нем обозначен VCC+, минус — VCC-, общий провод — GND.

Красный щуп мультиметра подводим к VCC+, черный — к VCC-. Если напряжение, отображаемое на экране электронного инструмента, соответствует нормированному — значит с цепью питания все в порядке. При наличии отклонений от стандартного значения ее следует отпаять и устранить неисправности.

Где найти даташит: введите маркировку микросхемы (нанесена на корпус) в поисковую строку сайтов alldatasheet.com, datasheetcatalog.com или datasheet.ru. Обозначения питания в даташите: VCC, VDD или V+ — плюс питания; GND, VSS или V− — минус (общий провод).

Типовые напряжения питания микросхем: 1,8 В, 3,3 В и 5 В для логических и цифровых; ±12 В или ±15 В для аналоговых операционных усилителей; 12–24 В для силовых драйверов и промышленных ИС.

Диагностика выходов

Порядок проверки выходов зависит от типа микросхемы:

• Аналоговые (операционные усилители, регуляторы напряжения, ИС усиления): проверяем напряжение на выходном выводе мультиметром. Оно должно соответствовать значению из даташита при заданных входных условиях.
• Цифровые (логические элементы, счётчики, триггеры, микроконтроллеры): мультиметром определяем лишь наличие питания и постоянные уровни. Для анализа динамических сигналов (импульсов, ШИМ, тактовых частот) необходим осциллограф.

При наличии нескольких выходов проблема даже с одним из них может привести к полной неработоспособности устройства. Порядок действий по проверке выходов выглядит так:

1. Измеряем напряжение на выводе Vref — встроенного в микросхему источника опорного напряжения. Его номинальное значение должно быть указано в даташите. В идеале оно должно соответствовать установленной величине, при наличии отклонений можно говорить о том, что в устройстве протекают нештатные процессы.
2. Проверяем задающую время RC-цепь, для которой в рабочем режиме характерны колебания. Вывод, на котором они происходят, также указан в даташите. Необходимо подключить осциллограф — общим щупом к минусу питания, измерительный — к RC. Если колебания заданной формы отсутствуют — значит, причина неполадок кроется в микросхеме или задающих время элементах.
3. Проверяем саму микросхему, для этого нужно выявить управляющий вывод (даташит) и убедиться, что по нему передаются нужные сигналы (с помощью осциллографа). Если они отсутствуют или их форма не соответствует нормированной, значит, необходимо проверить управляемую цепь. Если последняя исправна — значит, микросхема испорчена и ее надо заменить такой же.

Ремонт микросхем

Важно понимать, что для полноценной проверки выпаянной микросхемы необходимо смоделировать ее обычный режим работы, то есть подать на нее рабочее напряжение. Такая проверка плат управления осуществляется на предназначенной для этого плате.

Проверка элементов микросхемы

Часто проверить плату управления невозможно без выпаивания ее элементов. При этом, чтобы выявить причину неполадки, каждый из них нужно прозванивать отдельно. Давайте рассмотрим те из них, которые чаще всего выходят из строя.

Конденсаторы

Эти радиодетали нередко выходят из строя, особенно часто — дешевые электролитические. О неисправности последних обычно свидетельствует вздутая форма, при этом существует немало примеров, когда и внешне исправный элемент не выполняет свою функцию. Чтобы выявить неработоспособные конденсаторы, необходимо:

1. Проверить целостность внутреннего контакта выводов — согнуть их и, немного поворачивая в стороны и направляя в свою сторону, удостовериться, что они неподвижны. Даже один вывод элемента, вращающийся вокруг своей оси, свидетельствует о его непригодности.
2. Замерить сопротивление конденсатора, чтобы убедиться в том, что он не проводит ток и способен заряжаться. При подключении щупов величина сопротивления равна считанным единицам, при этом очень быстро увеличивается до бесконечности. Этот эффект особенно ощущается с элементами емкостью более 10мкФ.

Признаки неисправного конденсатора (визуально, без приборов):

• Вздутый (выпуклый) верх у электролитического конденсатора — 100% признак неисправности.
• Следы бурого или белого налёта вокруг основания корпуса — течь электролита.
• Трещины или разрыв оболочки — механическое повреждение.

Дополнительный способ проверки (если мультиметр поддерживает режим измерения ёмкости «F» или «CAP»):

1. Выпаяйте конденсатор из платы.
2. Установите мультиметр в режим измерения ёмкости.
3. Подключите щупы к выводам конденсатора (соблюдая полярность для электролитических).
4. Сравните показания с номиналом, указанным на корпусе. Допустимое отклонение: ±20% для электролитических, ±5–10% для плёночных и керамических.

Диоды

Величина сопротивления с плюсом на аноде должна составлять двух- или трехзначное число, с плюсом на катоде — бесконечность. Если значения отличаются — значит, диод нуждается в замене. Стабилитрон проверяется по такому же принципу, при этом с плюсом на катоде его напряжение падает на величину напряжения его стабилизации (проводит в обратную сторону, но с падением на большее значение).

Для проверки этого явления используют блок питания и резистор с сопротивлением 300-500 Ом. Постепенно увеличивая напряжение первого компонента, замечаем момент, когда напряжение на стабилитроне перестает увеличиваться, — это и есть его напряжение стабилизации. Теперь подаем на него это напряжение + 3 Вольта и плавно повышаем. Если стабилитрон его не стабилизирует, значит, этот диод неисправен.

Наиболее точный способ проверки диода мультиметром — режим «проверка диода» (символ диода на переключателе диапазонов). В этом режиме прибор показывает падение напряжения на переходе:

• Кремниевый диод: 0,5–0,7 В в прямом направлении, «OL» или «1» в обратном.
• Германиевый диод: 0,2–0,3 В в прямом направлении, «OL» в обратном.
• Пробой (КЗ): прибор показывает близкое к нулю значение в обоих направлениях.
• Обрыв: прибор показывает «OL» в обоих направлениях.

Стабилитрон (стабивольт) в прямом направлении проверяется так же, как обычный диод. Проверить стабилизирующее напряжение (Vz) мультиметром без специального стенда затруднительно — требуется источник питания с регулируемым напряжением.

Резисторы

Эти элементы присутствуют на платах в больших количествах и тоже время от времени выходят из строя. Чтобы убедиться в их работоспособности, достаточно измерить их сопротивление, — оно должно быть меньше бесконечности и не равно нулю. В противном случае резистор нужно заменить. Также о выходе этого элемента из строя свидетельствует:

• черный цвет, сообщающий о перегреве, — признак неработоспособности или предстоящего выхода из строя;
• сопротивление, которое отличается от номинального (допустимо отклонение, не превышающее значение ± 5 %).

Важно: при измерении сопротивления резистора на плате (без выпаивания) параллельные цепи на той же плате влияют на показания мультиметра. Показания могут быть занижены по сравнению с номиналом. Для достоверного результата выпаяйте один вывод резистора или выпаяйте его полностью.

Как определить номинал резистора по цветовой маркировке: большинство сквозных (THT) резисторов имеют 4 или 5 цветных полосок. Цвет каждой полоски соответствует цифре или множителю по стандартной таблице цветового кода. Таблицу кодов можно найти на сайте любого электронного магазина или по запросу «таблица цветовой маркировки резисторов».

Тиристоры и симисторы

Работоспособность этих элементов можно проверить с помощью омметра. Подсоединяем его плюсовой щуп к аноду, а минусовый — к катоду. Сопротивление — бесконечность. Теперь подключаем управляющий электрод к аноду, в результате чего сопротивление должно уменьшиться примерно до 100 Ом. Следующим шагом отсоединяем управляющий электрод от анода, после чего сопротивление тиристора останется низким.

Функциональная проверка тиристора (наиболее надёжный метод):

1. Шаг 1. Выпаяйте тиристор из платы.
2. Шаг 2. Подключите мультиметр в режиме измерения сопротивления: плюсовой щуп — к аноду (А), минусовой — к катоду (К). Прибор должен показывать высокое сопротивление (тиристор закрыт).
3. Шаг 3. Кратковременно соедините управляющий электрод (G) с анодом (А). Сопротивление должно резко упасть — тиристор открылся.
4. Шаг 4. Разомкните управляющий электрод. Исправный тиристор должен остаться открытым (сопротивление низкое). Если он снова закрылся — тиристор неисправен либо мультиметр даёт недостаточный ток удержания.

Симистор проверяется аналогично, но имеет два рабочих направления. При подаче импульса на управляющий электрод он должен открываться как при прямом, так и при обратном подключении щупов.

Шлейфы и разъемы

Типовые дефекты шлейфов и разъёмов:

• Обрыв жилы — контакт между двумя концами отсутствует (мультиметр в режиме прозвонки молчит).
• Короткое замыкание между жилами — контакт есть там, где его быть не должно.
• Плохой контакт в разъёме — окисление, деформация или загрязнение контактной группы.
• Повреждение шлейфа в месте изгиба — частая причина обрыва у FFC/FPC-шлейфов (плоских).

Порядок прозвонки шлейфа:

1. Установите мультиметр в режим прозвонки (символ звуковой сигнализации).
2. Подключите щупы к одному и тому же контакту с обоих концов шлейфа.
3. Звуковой сигнал = контакт есть, цепь цела. Тишина = обрыв.
4. Проверьте каждый контакт последовательно, затем проверьте попарно на КЗ между соседними жилами.

Изделие, в котором произошло КЗ, следует выкинуть — оно не подлежит восстановлению.

Биполярные транзисторы

В них нужно прозвонить переходы База — Эмиттер и База — Коллектор, по которым ток должен проходить только в прямом направлении. Кроме этого, когда транзистор открыт, ток не должен проходить ни в каком направлении. Другие важные моменты:

1. При подаче напряжения на Базу ток в переходе База — Эмиттер должен открыть транзистор, при этом сопротивление в канале Эмиттер — Коллектор снижается до 0,6 В, у сборных моделей — более 1,2 В.
2. Для правильной диагностики желательно использовать мультиметр с батареей 1604 («Крона»). Слабые измерительные устройства с 1,5-вольтовыми элементами питания могут не открыть некоторые транзисторы.
3. Параллельно с цепью Коллектор — Эмиттер в некоторых элементах может быть встроен диод. Поэтому, чтобы проверка биполярных транзисторов была выполнена правильно, рекомендуется подробно изучить даташит.

Таблица результатов проверки биполярного транзистора (NPN) мультиметром в режиме «проверка диода»:

Примечание для PNP-транзисторов: порядок подключения щупов обратный — минусовой щуп прикладывается к базе для проверки прямого перехода.

Униполярные транзисторы

В исправном состоянии между всеми выводами они выдают бесконечное сопротивление вне зависимости от величины тестового напряжения.

Пошаговый алгоритм проверки MOSFET-транзистора:

1. Шаг 1. Разрядите затвор (Gate). Кратковременно замкните выводы G и S (затвор — исток). Это снимет заряд с входной ёмкости затвора и закроет транзистор.
2. Шаг 2. Проверьте канал D–S в закрытом состоянии. Мультиметр в режиме измерения сопротивления: щупы к стоку (D) и истоку (S). В N-channel MOSFET: плюс — к стоку, минус — к истоку. Показание должно быть высоким (> 1 МОм) — транзистор закрыт.
3. Шаг 3. Откройте транзистор. Подайте кратковременно плюсовой щуп мультиметра к затвору (G), минусовой — к истоку (S). Транзистор зарядится и откроется.
4. Шаг 4. Проверьте канал D–S в открытом состоянии. Снова измерьте сопротивление D–S. Оно должно резко упасть (единицы Ом) — транзистор открылся. Если сопротивление не изменилось — транзистор неисправен.

Следует помнить, что в составе мощных транзисторов может быть диод, с которым переход «сток-исток» при проверке аналогичен обычному диоду.

Оптопары

Оптопара — электронный компонент, обеспечивающий гальваническую развязку между цепями: сигнал передаётся через световой поток (светодиод → фотоприёмник), без прямого электрического контакта. Широко применяется в промышленной электронике, частотных преобразователях и платах управления для защиты управляющей цепи от высоких напряжений.

Пошаговый алгоритм проверки оптопары:

1. Шаг 1. Найдите выводы излучающего диода (светодиода) и фотоприёмника по даташиту на конкретную оптопару.
2. Шаг 2. Проверьте излучающий диод. Мультиметр в режиме «проверка диода». Плюсовой щуп — к аноду диода, минусовой — к катоду. Должно показать 1,0–1,4 В (инфракрасный светодиод). В обратном направлении — OL.
3. Шаг 3. Проверьте фотоприёмник без освещения. Подключите щупы мультиметра к коллектору и эмиттеру фототранзистора. При отсутствии света — высокое сопротивление (транзистор закрыт).
4. Шаг 4. Проверьте работу под нагрузкой. Подайте рабочее напряжение на вход (анод/катод диода через токоограничивающий резистор). Сопротивление фотоприёмника должно резко упасть — фототранзистор открылся. Если реакции нет — оптопара неисправна.

Сравнение методов проверки микросхем

FAQ: Часто задаваемые вопросы о проверке микросхем

Можно ли проверить микросхему, не выпаивая её из платы?

Да, в ряде случаев — можно. Внешний осмотр всегда проводится без выпаивания. Питание на выводах VCC/GND можно проверить мультиметром прямо на плате. Для проверки формы сигналов используют осциллограф с платой под напряжением. Однако измерение сопротивления пассивных компонентов (резисторов, конденсаторов) на плате даёт неточный результат из-за параллельных цепей. Для точной проверки таких компонентов один вывод нужно выпаять.

Какой мультиметр подходит для проверки микросхем?

Для базовой диагностики достаточно любого цифрового мультиметра с режимами измерения напряжения, сопротивления, прозвонки и «проверки диода». Для проверки транзисторов рекомендуется прибор с питанием от батареи 9 В («Крона») — слабые мультиметры (1,5 В) могут не открыть некоторые транзисторы. Наличие режима измерения ёмкости (CAP/F) удобно для проверки конденсаторов.

Что такое даташит и где его найти?

Даташит (datasheet) — техническая документация производителя, содержащая схему выводов, электрические характеристики, типовые схемы включения и допустимые режимы работы компонента. Найти даташит можно по маркировке, нанесённой на корпус микросхемы: введите её на сайтах alldatasheet.com, datasheetcatalog.com или datasheet.ru.

Нужен ли осциллограф для проверки микросхем?

Для проверки простых аналоговых компонентов (диодов, транзисторов, резисторов, конденсаторов) осциллограф не обязателен — достаточно мультиметра. Осциллограф необходим при диагностике цифровых микросхем: для анализа тактовых сигналов, ШИМ, протоколов SPI/I2C/UART, а также для проверки стабильности питания (пульсации на шине).

Когда стоит обратиться в сервисный центр вместо самостоятельной проверки?

Самостоятельная диагностика оправдана для простых дискретных компонентов. Если речь идёт о сложных многовыводных микросхемах (FPGA, микроконтроллеры, силовые драйверы, процессоры), диагностика требует специализированного оборудования, стендов и знания схемотехники конкретного устройства. Инженерная компания 555 проводит диагностику и ремонт промышленных плат управления на компонентном уровне. Позвоните по номеру 8-800-555-89-01 — первичная консультация бесплатна.