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修复:HP 34401A电容器故障

2020-01-19 15:32:59 Martin Rowe 阅读:
我注意到我的数字万用表AC电压读数相差很远,在10 VRMS输入时读数为8.5 VRMS。测交流电时,万用表明明通过了初始自检,却根本不显示任何读数,看起来好像没有信号进来一样。这是关于两个烧毁的电容器及齐纳二极管如何搞坏HP 34401A 6½数字万用表的故事。。。

电容坏了。铝电解电容导致显示器电源出现故障。发生故障的电容器使Paul Rako的空调停机。全都是电容!现在则是两个烧毁的电容及齐纳二极管如何搞坏HP 34401A 6½数字万用表(DMM)的故事。kPsednc

这是我1992年买的一个万用表,中间我把它拿到校准实验室检查了几次。10月份我参观纽约州罗切斯特的Transcat时也带上了它。在Transcat期间,我注意到它的AC电压读数相差很远,在10 VRMS输入时读数为8.5 VRMS。DC电压读数则完全符合HP的规格。这是什么状况?kPsednc

我把它拿到办公室,加电,然后发现了一些奇怪的现象。测交流电时,万用表明明通过了初始自检,却根本不显示任何读数,看起来好像没有信号进来一样。我给它提供的是4VP-P正弦波,应该产生1.414 VRMS读数。 为了验证信号源是否正确,我将其连接到一个True RMS手持式电表,读数为1.410 V(图1),十分接近1.414。kPsednc

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图1:正如所预期的,输入4VP-P正弦波时,手持式DMM的读数为1.410 VRMS。kPsednc

即便还没打开万用表外壳,我都知道里面出现了严重问题,因为我闻到了电子产品烧焦的熟悉气味。我必须找出故障在哪儿。kPsednc

幸运的是,我手上还保留着1992年的原始维修手册,虽然现在从Keysight仍然能够获得这本手册,但这么多年了,还是有可能更换一些零件的。kPsednc

34401A由几个螺钉固定起来,使用六星螺丝刀可将其拧开。我的螺丝刀太大了,但我找到了一个大小合适的内六角扳手来打开万用表外壳。我所看到的证实了我的鼻子闻到的,里面的确有东西烧了(图2)。kPsednc

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图2:不仅电容烧了,电容上方的元件也烧了。kPsednc

点击放大图片,有没有闻到元件烧焦的气味?kPsednc

此刻我必须判定是什么零件烧了。这就是服务手册的功劳了。图3显示了电路板布局,以及电容C322(22µF,20 V)和齐纳二极管CR305(3.3 V)。kPsednc

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图3:从电路板布局图来确定是什么元件损坏了。kPsednc

图4包含烧毁的元件。C322和CR305将18V电源降至15V,从而驱动模拟电路进行AC测量。kPsednc

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图4:C322和CR305向模拟电路提供两个15V电源中的一个,此处显示为15A。负电源的元件未损坏。kPsednc

然后,我订购了5个电容和3个齐纳二极管,第二天就到了(免运费)。幸好我还订了多余的元件。图5所示为模拟电路原理图的第一级,由图4中的原理图符号15A供电。kPsednc

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图5:第一级交流测量电路由标注出来的15A线路供电。kPsednc

线路15A还连接到DG411模拟开关U304D(图6),这个开关则连到一个移位寄存器(图中未显示)。kPsednc

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图6:由线路15A提供的15V电压为RMS转换器电路供电。kPsednc

除了零件,我还买了一个可以戴在头上的放大镜,这样我就可以看到一些小毛病了。现在准备更换烧毁的元件。首先在我的烙铁上装一个小烙铁头。有朋友建议我使用厚度为0.020英寸的焊料,如果没有,就用我的0.031英寸的焊料,扯下一块就行。这样做会拉伸焊料,使直径变薄,有助于焊料的使用。kPsednc

在图7中,新电容和齐纳二极管已安装到位。但在焊接电容器的正极时,对连接前面板和主板的带状电缆造成了一些表面的损坏。kPsednc

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图7:新电容和齐纳二极管装好了,现在可以试一试了。kPsednc

还有问题

现在打开万用表。交流电压测量基本工作正常。kPsednc

输入4VP-P时,万用表读数为1.4106 VAC。还不错吧?但是,当峰峰值输入电压降至约2V时,万用表的读数基本上降到了0V,即使输入信号幅度增加也不会恢复。现在要得到正确的读数,唯一的方法是增加输入信号并重启万用表。 因此我发现了另一个问题:第二个烧毁的电容和齐纳二极管,C311和CR306(图8)。kPsednc

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图8:另一对烧毁的元件引起了测量问题。kPsednc

这对元件从+18 V电源产生了另一个+15 V(原理图上的15B),这就是为什么原理图中也标出了15B。幸运的是,我买了3个3.3V的齐纳二极管。你知道,我需要两个来替换烧毁的CR305,因为有一个掉到地板上找不到了。现在三个齐纳二极管只剩下一个,我不能承受再失去它的风险。电容倒是还有4个,而且它们更大,也更易于操作。kPsednc

C311负极的焊盘被完全烧掉,这让事情更糟,因为这样就不能在元件上焊接了。 原理图(图4)显示钽电容的负极侧接地,因此在将正极侧焊接到电路板之前,必须找到附近的接地并将导线焊接到电容上。幸运的是,正极有足够的焊盘可以焊接这个元件,在焊接完导线的另一端后我就焊接了它。kPsednc

在我买放大镜时还心血来潮买了一个“帮手”,那上面有弹簧夹。我用它来固定导线,以便将其焊接到电容上。图9显示C311和CR306已经换好,并且有一根导线连接到地。kPsednc

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图9:需要用一根电线将新电容接地,因为电容负极没有焊盘了。kPsednc

万用表加电后,一直到400 mVP-P输入(接近0.1414 VAC rms),都能给出良好的读数。 图10显示了4 VP-P输入的结果。kPsednc

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图10:更换第二对元件后,万用表输入4 VP-P可得到合理的读数。标称读数为1.4142 VAC rms。万用表修好了。kPsednc

我遇到的这种故障元件并不少见。如果在YouTube上搜索HP 34401A,就会发现讲解更换这种元件的一些视频。其中有一个视频是用错误代码来判定CR305的问题。当故障不可见时,这很有用,虽然你仍然可以通过检查±15V电源来找到故障。kPsednc

这个修复的万用表是早期的34401A型号,甚至还可能是试产版的。我在网上看到的视频显示主板上方有屏蔽层,但是我的这个万用表却没有屏蔽。查看版本代码,可以看到Rev. 03-01-01,其中“ 03”是测量处理器的版本代码,第一个“ 01”用于输入输出处理器,右侧的“ 01”表示前面板处理器的版本。kPsednc

这个故障原因似乎是至少有一个电容器失效了。10月份我将万用表带到校准实验室之前,没有检查万用表的是不是正常。这是一个教训:在将设备带到实验室之前,应先了解设备的功能。路途中会不会引起ESD?由于故障元件位于电源电路较深的位置,这似乎不太可能。kPsednc

现在,真的可以把HP 34401A拿到校准实验室去了。PCB板烧焦的气味仍然留在空中。kPsednc

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN英文网站,参考链接:Repair: HP 34401A capacitor failure,由Jenny Liao编译。)kPsednc

本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Martin Rowe
"EE Times/EDN资深测试与量测技术编辑。Martin Rowe在《测试和测量世界》担任技术编辑和高级技术编辑达20年,其中包括担任EDN Design Ideas编辑三年。在此期间,Martin的报道涵盖了大部分的技术和公司,包括台式仪器,如示波器、仪表、信号​​源及其应用。他最喜欢这些仪器的应用包括高速信号测量、基本测量(电压/电流/功率)、校准和EMC/EMI/RFI。所有这些都直接适用于连接器和连接性能。从2004年到2012年,为了了解工程师是如何进行测试的,Martin访问了多家公司,包括Bose,DeWalt和Tyco Electronics(现为TE Con​​nectivity)。 让Martin出名的还有他的音乐——他写了六首描述工程师生活的歌曲。这一切始于2006年的“测量蓝调(Measurement Blue)”,证明了任何事情都能用蓝调写出来,连接器都成了Martin的歌。 “Below a GigaHertz”这首歌向那些还工作在1GHz以下信号的工程师致敬,他们是古老历史的见证者。 Martin曾在IEEE EMC Symposia上现场演出了“The Measurement Blues”和“The Lab in the corner”。 Martin拥有伍斯特理工学院的电子工程学士学位和宾利学院的MBA学位。"
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