基于DIY 电子产品的检测和调试技术

河南工业大学 蔡艳慧

为了保证DIY 电子产品的质量和服务品质，分析了DIY 电子产品的设计特点，是集科学与创新、可靠与稳定、物美与价廉于一身的最优产品；从而提出调试需要在保证人身和设备安全的基础上，还需要掌握学科基础知识、维修工具和仪器仪表使用常识；得出调试和检测DIY 电子产品的方法和步骤，为DIY 电子产品爱好者提供参考。

DIY 电子产品是以用户个体需求为生产依据的复合产品。虽说现代工业化电子产品功能呈现多样化，但因其价格昂贵且存在功能冗余，这就为DIY 电子产品提供了发展空间。但是，DIY 电子产品不仅需要具备一定的理论知识和动手实践能力来保障产品的成功率，更需要完备的调试和检测方案。

1 DIY 电子产品研究现状

在学术科研界，探讨DIY 课题的研究者屡见不鲜，他们通过DIY 电子产品和系统对其实践活动进行评估。David A. Mellis 通过DIY 收音机、音响、手机等常用电子设备，分析设计文件的数字化特性和将其制作成实物的灵活性对制造电子设备的影响，得出它们将影响外壳和电路板的设计与生产，组件的采购、电路的组装和编程的结论。Cesar Vandevelde 团队DIY 了一个小型机器人建造系统，为降低教育机器人成本做出了贡献。Sas C.和Neustaedter C.通过建造并使用开源DIY 能源监测器，为支持复杂电子DIY 终端用户的设计人员提出了一些建议。Kenny C 等人DIY 了一种热手电筒来揭示美国和加拿大当地能源基础设施的社会、经济和文化体系现状。

有研究者认为，自己设计并制作出个性化的电子产品是创新的初始阶段，电子产品组成系统的各部位应该像“积木”一样搭建在一起，并可置换，以此来降低研究、设计、制造和销售产品成本，以及提高客户使用满意度。但是，对于DIY 电子产品的整个生命周期而言，关注DIY 电子产品的质量和服务品质同样重要，没有调试和检测的具体方法和技巧显然是不完整的。

2 DIY 电子产品设计特点

电子产品设计是建立在相关知识积累基础上，通过合理的设计原则和方法技巧展现设计方案的过程。电子产品设计的首要工作是深入理解设计任务，然后权衡各种设计方案并确定最优方案，最后用合理的设计方法将各种组件连接在一起。设计过程中应该遵循一定的设计原则，将设计成集科学与创新、可靠与稳定、物美与价廉于一身的最优产品。

DIY 电子产品一定是科学性与创新性同时兼得的产物。科学性是DIY 电路设计的前提要求，它要求电路设计人员在遵循电路运行原理和符合电路设计规则的前提下满足设计任务。创新性更是DIY 电子产品的灵魂，设计人员要敢于打破思维惯性和传统的设计方法，将TRIZ理论转化为实践过程，得到新的设计方法和思路。

安全性和稳定性是DIY 电路设计和运行的基础和保证。安全性是产品的前提，更是电路正常工作的保障。稳定性指的是电路运行的参数不随时间变化的能力，也是电路设计过程中重点考虑的方面。电路设计人员需要事先考虑周全，采取抗干扰设计技术。（1）布局布线要符合抗干扰的要求，采用合理的布线技术和专门的布线软件。首先，产品按照电源电路、数字电路、模拟电路、大小电流电路、速度快慢电路、高低频电路等功能区分单元电路，并以信号流向为布局依据，在考虑相关干扰因素和约束条件的基础上，以尽量少的线路交叉和最短的传输线路为标准，将电路元件均匀整齐地布置在PCB上。其次，在考虑阻抗耦合、电磁干扰和热磁兼容等干扰问题的同时选择合适的元器件并考虑其性价比。一般情况下，元器件的抗干扰能力越强，热反馈影响越小，综合性能越好，价格就越高。但是，在电路设计中过分追求高性能而忽略价格是不可取的。（2）在印制板设计过程中，抗干扰设计也是电路设计人员需要考虑的又一要点。布线时，宽度和间距应尽量大，尤其是地线和电源线，以减小导线压降对电路的影响；布线尽量短，以降低电路的干扰和寄生效应；信号路径宽度保持不变，且不要形成闭环，拐角应大于90℃。

最优化原则是DIY 电子产品必须遵循的原则。DIY的初衷是满足自己的个性化需求，但也应该考虑投入成本。DIY 电子产品时，需要先将其功能分析并转化成相应的执行电路模块，然后通过合理的拓扑结构连接在一起，最后再精化单元单路，确保整个电路系统完好地执行功能。在细化单元电路时，尤其是选择电子元器件时，应根据市场经济的实际情况来取舍。在保证实现功能的前提下，选取具有价格优势的电子元器件。

3 调试与检测前的准备

3.1 安全知识

在调试与检测DIY 电子产品过程中，不可避免地接触各种各样电子电路和仪器设备，有些带有高电压非常危险。调试与检测人员除了严格遵守安全规程外，还应注重工作中的人身安全和设备仪器安危。加电调试时，先确保场地环境和供电设备符合安全用电要求，任何导线铜丝不准裸露空中；在调试和检测过程中，操作人员应安全操作，避免触电和发热部件烫伤自己，同时做好指示和隔离措施，避免误伤他人；使用测量仪器时，先将仪器检查完好，不使用外壳和接触部分伤残的仪器，再根据使用说明进行操作；调试和检测结束，确保场地环境对他人不造成伤害，仪器按照收纳要求进行收藏，确保场地和仪器再次使用时的良好状态。

3.2 知识储备

理论是解决问题的基础和前提。对于电子产品的调试和检测来说，必须掌握一定的理论知识才能有效进行。（1）专业理论基础知识是指挥棒。会对电路进行分析原理，并知道各种电子元器件的检测方法和使用技巧，这就需要懂得电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术等专业内容。（2）熟练掌握工具的使用方法和技巧。万用表是电子产品调试和维修不可或缺的测量仪器，必须学会正确使用和保养。焊接所使用的工具和材料，如电烙铁、吸锡器、焊锡丝、螺丝刀、偏口钳等也要熟练使用和掌握。对于调试和维修DIY 电子产品的相关人员来说，灵活使用和保养万用表、电烙铁和螺丝刀就能完成基本的调试和常见故障的维修。

4 检测与调试的步骤与方法

由于DIY 电子产品存在设计水平的离散性、元器件焊接过程中的不稳定性和装配工艺的不确定性，这就确定了调试工艺的重要性。

4.1 不通电观察

为了安全起见，电子产品装配完成后，先不要急于通电调试，盲目通电调试有时反而会扩大故障范围。DIY电子产品的多数故障是因工艺粗糙或者疏忽大意所致，仔细检查就能解决很多问题，再配合万用表检测可以排除大部分工艺上的故障。使用电池供电的产品，要确保电量充足，供电线路通畅；印制板上元器件及其外连接部件安装位置准确，焊点标准美观；连接导线稳固完整，且不存在铜丝裸露等现象。

根据电气原理图、装配图和元件清单等技术文件，对照实际印制板仔细检查元器件安装位置、参数、颜色等信息是否与文件要求一致。（1）电阻器和普通电容器的参数、功率和类型要正确。（2）电解电容、二极管等带极性元器件极性必须安装正确。（3）电感的参数要准确，变压器初级线圈和次级线圈的安装次序不可以颠倒。（4）所有可以调节的旋钮和按键可以灵活自如地运转。（5）对于复杂的电子产品，连接的排线要有序排列，连接线较多时，要使用绑扎线把导线捆扎在一起，避免杂乱。（6）焊点外观稳固标准，不应存在虚焊、漏焊、短路等现象，焊点大小以布满焊盘为准，焊接质量的判断除了目测，还需要借助万用表测量；印制板或者机壳内应保持整洁美观，不应有异物存在。

4.2 通电测试

对于DIY 电子产品的调试和检测来讲，应先进行不通电检查，发现的问题得到有效解决后，再进行通电测试。

接通电源后，先凭借五感和经验法得知各级单元电路各部位的通电反应。仔细观察电源指示灯的亮度情况，有无异样气味，印制板和电路元器件有无冒烟的现象；对于低压直流供电的产品，用手触摸一下元器件温度是否发烫，如电源电路的滤波电容器、电源变压器（如是开关电源用请勿触摸，以防触电）、三极管或者集成电路等元器件。通过仔细观察，有时可以直接发现有故障的位置或者元器件。但是，如有冒烟、元器件烧断烧焦、跳火、发热的现象，必须立即切断电源，确定异常的元器件在原理图的部位，然后分析原因，再确定检修部位。如果一时观察不清，可重复开机，但每次时间不要太长，避免扩大故障范围。必要时，断开可疑的部位再进行试验，看故障是否消除。如果观察后一切正常，可以用仪器仪表（万用表或示波器）检查供电系统的电压和纹波系数。

对于具有内部电源的电子电路一般先对电源电路进行调试，再依次调试其余单元电路。通电测试时，先对电路进行分块隔离，然后进行静态测试。静态调试时，一定要避免电路接收信号，更不能在电路中加入交流信号，比如功放电路不要输入音频信号。测量关键部位和重点元件的电压和电流是通电测试过程中常用的方法。只是测量电流时，需要将万用表串联所测回路中，对于没有独立开关的回路确实存在麻烦，而采用测量电压的方法优势明显。测试和调整电路的静态工作点及其技术指标因系统组成元件不同，方法也有所差别。对于分立元件组成的系统，在确保元件无损坏的前提下，需要单独测试和调整单元电路的静态情况。对集成运放组成的系统测试时，必须保证无输入时也没有输出。需要采取“消振”的措施来消除自激振荡，采用“调零”的方法以克服运放失调电压Ucb 和失调电流Ios 的影响。对于数字集成电路组成的电路系统，应先检查单片集成电路的逻辑功能，再对多片集成电路进行整体调试。

一般而言，对于DIY 电子产品的调试和检测来讲，调试和检测人员的专业素质和经验并非一流，拥有和掌握各种各样的仪器仪表和维修工具必是难事。这就需要适用于DIY 电子产品的特有调试和检测技术。不通电调试和通电调试的静态测试后，并未解决的问题就需要采用动态测试的方法来解决。动态调试，就是在正常工作状态下，对电子电路输入合适幅度和频率信号，并跟随信号的流向测试和调整指标。动态调试的理论基础是对电路的原理分析，要有信号流向的概念，善于对实测的数据、波形和现象进行分析和判断。对于电路中存在的问题和异常现象追根究底，确定改善部位，并确定行之有效的方案进行积极处理，满足预设的电路技术性能指标要求。虽然这一操作对工作人员的理论知识、经验和技巧有所要求，但对于敢于尝试DIY 电子产品的人士来讲并非难事，借助一台数字示波器就可解决问题。数字示波器具有使用简单方便，波形处理能力强，不需要计算等强大功能。需要说明的是，电子电路的各项指标互相影响，在调试电路时需要有整体意识，并且通过示波器屏幕上的波形情况判断故障部位。

5 结语

DIY 是一种创新手段，更是降低电子产品研究成本和提高用户体验的重要方法。参与DIY 人员需要根据DIY 电子产品的独特性，制造出安全、可靠、实用的电子产品。DIY 电子产品焊接装配后的调试和检测人员需要具备一定的理论知识和操作能力，并掌握一些调试和维修方法及技巧来提高产品的质量和服务品质。

引用

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