Zaměříme se na zkoušení funkčnosti elektronických součástek co nejjednoduššími prostředky, typicky multimetrem, a to součástek v zapojení i volných.
Budeme předpokládat, že ve výbavě každého, kdo se i okrajově zabývá elektronikou nebo robotikou, je alespoň digitální multimetr levné kategorie. Bez toho to prostě nejde a přístroj v ceně nižší než 200 Kč si může dovolit každý, kdo pomýšlí i na jednodušší robotický projekt.
Co takový multimetr umí?
- měřit stejnosměrné napětí (asi i střídavé) nejméně v rozsahu 2 – 20 V
- měřit stejnosměrný proud (možná i střídavý) nejméně v rozsahu 2 – 200 mA, pokud možno s jedním podstatně vyšším rozsahem 5, 10 nebo 20 A
- měřit odpor nejméně v rozsahu 200 Ω až 2 MΩ
- zkoušet diody a vodiče s akustickou indikací (volba se znakem diody a zvukového signálu)
- možná měřit zesílení (h21e, hFE) tranzistorů
- možná měřit kapacitu kondenzátorů řekněme v rozsazích 20 nF – 20 μF
Jestliže si přístroj teprve vybíráme, je výhodou, když má oddělený samostatný vypínač napájení a nemusí se vypínat otočným voličem rozsahů. Je výhodou, když má tlačítko Hold pro zastavení měření a zobrazení posledního údaje na displeji. Je výhodou, když má výklopný displej. Jeho funkci sice může nahradit výklopná podměra vzadu, takže multmetr pak stojí v šikmé poloze na stole, ale takto je dost vratký, zatímco když leží na stole a je vyklopený jen displej, je stabilní a údaj je výborně čitelný. Ale výklopný displej má jen velmi málo typů, to není stěžejní požadavek.
Pokud zkoušíme součásky v zapojení, vždy předem odpojíme napájení a necháme vybít kondenzátory!
Vodivost spojů, vypínače, tlačítka, kontakty relé
Máme dvě možnosti, buď zvolit měření odporu na nejnižším rozsahu (vodivý spoj nebo sepnutý spínač ukáže v ideálním případě nulový odpor), nebo zvolíme speciální režim měření diod a vodivosti (vodivý spoj nebo sepnutý spínač ukáže v ideálním případě nulové napětí). Je v tom nějaký rozdíl? Je! V prvním případě měříme odpor při relativně velmi malém napětí, které by nemělo být schopné otevřít běžné polovodiče (<0.2 V), to je vhodnější. V druhém případě měříme napětí, které zůstane mezi svorkami při průchodu malého proudu (zlomky mA, mezní napětí kolem 3 – 5 V). Prvek, který zkoušíme, může být v zapojení, a my chceme, aby okolní součástky ovlivnily náš test co nejméně.
Vězměme si jako příklad spínač přemostěný diodou. V prvním režimu změříme to co čekáme, odpor nekonečný (vypnutý spínač) nebo téměř nulový (zapnutý spínač) bez ohledu na polaritu, dioda nemá na výsledek vliv. V druhém změříme na sepnutém spínači (téměř) 0 V, na vypnutém při jedné polaritě napětí mezi 0,2 a 0,7 V (podle typu diody), při opačné polaritě hodnotu mimo rozsah.
Při měření malého odporu je výsledek zkreslený odporem testovacích kabelů s hroty. Chybu můžeme do značné míry vyloučit tím, že změříme odpor při zkratovaných hrotech a následně tento odpor odečteme od naměřené hodnoty.
Rezistory
Je-li rezistor v pořádku, nikdy na něm nemůžeme naměřit větší odpor, než je jeho jmenovitý zvětšený o toleranci. U rezistorů je možné, že se přeruší (přepálí), ale to je u vrstvových rezistorů obvykle vidět na první pohled, zkrat je velmi nepravděpodobný.
Diody, LED, infraLED
Diody měříme v režimu kontroly polovodičů (diod), v závěrném směru by měl multimetr ukázat hodnotu mimo rozsah, v propustném směru velikost napětí na otevřené diodě. Pro Schottkyho diody je to kolem 0,2 – 0,3 V, pro standardní křemíkové diody kolem 0,5 – 0,7 V, pro červené LED kolem 1,0 – 1,3 V, pro ostatní barvy LED je napětí větší. V propustném směru současně zkušební proud stačí na to, aby se LED velmi slabě, ale viditelně rozsvítila.
V režimu měření odporu bychom měli na nepoškozené diodě (snad někdy s výjimkou Schottkyho diod) naměřit velmi velký až nekonečný odpor bez ohledu na polaritu (měříme mimo zapojení, v zapojení je pravděpodobné, že výsledek ovlivní okolní součástky).
Typické závady diod jsou přerušení (v obou směrech se chová jako rozpojený vodič) a roztavení přechodu, kdy naopak v obou směrech vykazuje odpor (měřený ohmmetrem) v řádu jednotek až stovek ohmů. Při měření v režimu testování polovodičů roztavený přechod ukáže úbytek napětí (přibližně stejný) v jedné i druhé polaritě.
Tranzistory (bipolární)
Nejjednodušší zkouška vychází z toho, že tranzistor se chová jako dvojice diod zapojených podle obrázku. Zkoušením v režimu kontroly polovodičů můžeme tímto způsobem i u neznámého tranzistoru určit, jestli je typu NPN nebo PNP a který vývod je báze. Který vývod je ale kolektor a který emitor takto jednoduše neurčíme.
Většina multimetrů má režim pro změření proudového zesílení tranzistorů a samostatné svorky respektive otvory pro zasunutí vývodů. Známe-li, který vývod je báze, a typ tranzistoru, můžeme určit ostatní vývody. Změříme zesílení, pak prohodíme vývody C a E. Zapojení, které odpovídá skutečnosti, vykazuje větší zesílení (obvykle je rozdíl zesílení velký, například desetinásobný).
Problémem při měření zesílení bývá dobrý kontakt všech tří vývodů současně, takže je lepší nezasunovat vývody tranzistoru do multimetru přímo, ale vyrobit si připojovací kablík například ze zlacených kontaktních špiček, s ním bude spojení mnohem spolehlivější.
Náhradní schéma bipolárního tranzistoru
Spínací tranzistory FET
Tady je situace složitější. Rozhodně platí, že mezi vývody G a S bychom měli naměřit (téměř) nekonečný odpor, malý odpor nezávislý na polaritě měření značí roztavení přechodu většinou výkonovým přetížením (přehřátím). Je-li vývod G spojen s S, pak by mezi D a S měl být velmi velký odpor. Mnohé typy výkonových tranzistorů FET mají v pouzdře integrovanou ochrannou diodu, tu zjistíme v režimu kontroly polovodičů jako úbytek napětí (odpovídající diodě) mezi D a S v jednom směru. Funkčnost tranzistoru můžeme plně ověřit až v kontrolním zapojení.
Výkonový FET typu N s ochrannou diodou
Kondenzátory elektrolytické (velké hodnoty kapacity)
V režimu kontroly polovodičů a vodivosti pravděpodobně multimetr krátce pípne (signalizuje zkrat) a pak velmi rychle ukáže stoupající napětí až po překročení rozsahu, v režimu měření odporu pravděpodobně bude zobrazená hodnota plynule růst do delší dobu. Když otočíme polaritu, může se ukázat i „záporný“ odpor a opět roste přes nulu do kladných hodnot. Kapacitu můžeme změřit, je-li k dispozici vhodný rozsah, ale toto měření už neděláme v zapojení
Typickou vadou je vytečení starších kondenzátorů (je vidět vyteklý a uschlý elektrolyt) nebo vyschutí po porušení hermetičkosti (bývá vidět „nafouknutý“ nebo dokonce praský obal, stopy koroze kolem drážek na vrchu kondenzátoru nebo kolem vývodů). Důsledkem je ztráta kapacity na zlomek původní, ale součástka se stále jeví jako funkční, jen s mnohem nižší kapacitou, případně má velký svod (relativně malý stabilní odpor řádu jednotek až tisíců ohmů). Zkrat bez viditelného mechanického poškození není pravděpodobný stejně jako úplné přerušení.
Kondenzátory keramické, foliové, … (malé hodnoty kapacity)
Změříme velký (nekonečný) odpor v obou směrech, v režimu kontroly polovodičů překročení rozsahu napětí. Je možné změření kapacity, pokud má multimetr odpovídající rozsah. Zkoušíme mimo zapojení.
Cívky a tlumivky
Jsou to v principu dlouhé stočené vodiče, takže by měly vykázat relativně malý odpor přibližně v mezích od nuly do stovek ohmů, stejný výsledek v obou směrech. Nejčastější vadou je přerušení vodiče, to zjistit můžeme, zkrat mezi závity může nastat celkem běžně, ale ten takto jednoduše nezjistíme.
Reproduktory, magnetodynamické měniče
Jsou v podstatě totéž co cívka, při připojení sond multimetru ať už v režimu měření odporu nebo kontroly polovodičů by se mělo ozvat slabé lupnutí. Nejčastější vadou je přerušení cívky (přetržení tenkého vodiče, přepálení).
Piezoelektrické zvukové měniče
Jsou to v podstatě kondenzátory (!!), takže naměříme nekonečný odpor nebo v režimu kontroly polovodičů napětí mimo rozsah. Při přiložení sond multimetru by se mělo ozvat slabé lupnutí.
Optické spojovací členy
Vstup optického spojovacího členu je LED diodou a takto se i kontroluje. Neteče-li vstupem proud, měl by se výstup chovat jako rozpojený vodič.
Krystaly
Správná funkce krystalu lze zkontrolovat až ve zkušebním oscilátoru a čítačem (respektive měřičem frekvence), protože důsledkem mechanického poškození může být krystal „přeladěný“ na jinou frekvenci, ale stále funkční. Krystal se z hlediska jednoduché kontroly chová jako kondenzátor, ale s malou kapacitou v řádu jednotek až desítek pF. Pokud mezi vývody krystalu naměříme odpor menší než řádu MΩ, je krystal vadný.
LCD displeje
LCD displeje (jako samostatné součástky, tedy bez řadiče displeje a komunikačního rozhraní) jednoduchým způsobem neprověříme.
Kat. 1