Электронный хирург. Полный курс ремонта устройств

## Странный пункт: то, чего нет ни в одном магазине инструментов

А теперь — обещанный секрет этой главы. Перечитайте список выше: паяльник, фен, мультиметр, лупа, блок питания, расходники. Всё логично. И только один пункт выглядит так, будто его вписал человек, слегка перегревшийся на солнце. В ящике каждого опытного мастера лежит — сушёная апельсиновая корка.

Кусачки — понятно. Пинцеты — понятно. Корка апельсина — вот это уже интересно. Никакого отношения к чаепитию она не имеет. И, что самое поразительное, никакого отношения к электронике в привычном смысле — тоже. Для чего её используют при диагностике, почему эфирные масла этой корки дают эффект, которого не даёт ни один прибор, и как с её помощью находят то, что не видит ни лупа, ни мультиметр, — расскажем в главе 15. Скажем одно: этот приём входит в арсенал профессионалов, которые чинят то, что другие давно признали «неремонтопригодным». И стоит он ноль рублей.

Пока же ящик собран, лента отмотана, щупы заменены. Впереди — самый загадочный инструмент из всего набора: мультиметр. Прибор, который стоит от силы полторы тысячи рублей, а решает больше половины диагностических задач. Прибор, которому вы будете верить больше, чем собственным глазам. И прибор, который, как выяснится уже в следующей главе, умеет врать — и врать убедительно. Как отличить его правду от лжи, почему он показывает «обрыв» на заведомо исправной плате и при чём тут слово «параллельно» — в главе 5.

Глава 5

Глава 5. Мультиметр: оракул, который умеет врать

Ящик собран. Паяльник греется за двадцать секунд, лента отрезана, лупа стоит на стойке. Остался последний инструмент из набора — и не последний по значению, а первый по частоте обращений. Мультиметр — это прибор, к которому мастер прикасается чаще, чем к паяльнику. За рабочий день у него в руках мультиметр бывает десятки раз, паяльник — единицы. И потому странно, что именно с мультиметром связано больше всего ошибок в диагностике. Не потому, что прибор плохой. Потому, что он умеет отвечать на вопросы, которые ему не задавали.

Но начнём по порядку — с того, что этот оракул умеет говорить.

## Четыре голоса оракула

У мультиметра четыре основных режима, и каждый — это отдельный вид допроса схемы. Перепутать режим — всё равно что спросить у свидетеля о погоде, когда нужно узнать имя. Схема ответит, но ответ будет бессмысленным.

### Напряжение: самый безопасный и самый частый допрос

Режим вольтметра — главный рабочий режим ремонтника. Он хорош тем, что измеряет напряжение в работающей цепи — без разрыва, без пайки, просто приложил щупы к двум точкам и прочитал ответ.

Правило приложения щупов звучит просто: щупы ставятся параллельно участку цепи. Хотите узнать напряжение на разъёме питания — коснитесь щупами контактов разъёма. Хотите узнать напряжение на резисторе — приложите щупы к его выводам. Вольтметр подключается всегда в обход, как приоткрытая форточка: он пропускает через себя крошечный ток и по нему судит о давлении.

Из закона Ома это следует напрямую: вольтметр спроектирован так, чтобы его собственное сопротивление было очень большим — мегаомы. Большое сопротивление — маленький ток — цепь не замечает «наблюдателя». Это правило станет камнем преткновения позже, и к нему мы вернёмся.

Практика для начинающего: первым делом при работе с любой платой меряются напряжения питания. Есть ли 5 вольт там, где должно быть 5? Есть ли 3,3 там, где должно быть 3,3? Это «первичный осмотр пациента» — и он же решает, на каком из трёх поездов (глава 1) остановилась беда.

### Ток: допрос, требующий жертвенности

Режим амперметра работает по противоположному принципу. Амперметр должен впустить весь ток через себя — он включается в цепь последовательно, как контрольный пост на дороге: весь поток обязан пройти через пост.

Отсюда два следствия, которые новички узнают больно.

Первое: чтобы измерить ток, цепь придётся разорвать и в разрыв встроить прибор. Выпаять деталь, поднять один вывод, вставить щупы в образовавшуюся брешь. Это неудобно, поэтому профессионалы чаще делают иначе: меряют напряжение на известном резисторе и вычисляют ток по закону Ома, \(I = U/R\). Например, на токоизмерительном резисторе 0,1 ома упало 0,05 вольта — значит, ток 0,5 ампера. Быстро, без разрыва.

Второе: если включить амперметр параллельно источнику — то есть ткнуть щупами в розетку или в аккумулятор в режиме измерения тока — произойдёт короткое замыкание. Сопротивление амперметра почти нулевое, ток \(I = U/R\) стремится к бесконечности, и всё спасение — тот самый предохранитель в токовых гнёздах, о котором шла речь в главе 4. Он сгорает за миллисекунды и сто́ит копейки. Если же его нет — горит уже прибор, а иногда и рука. Отсюда незыблемое правило: перед включением режима проверь, в какое гнездо воткнут красный щуп. Большинство мультиметров имеют отдельные гнёзда: «мА» для миллиампер и «10А» для больших токов. Забытый в гнезде «мА» щуп — классическая причина как сгоревших предохранителей, так и сгоревших приборов.

### Сопротивление: допрос мёртвой цепи

Режим омметра принципиально отличается от первых двух: он работает только на обесточенной схеме. Мультиметр сам подаёт на щупы небольшое известное напряжение, измеряет протекающий ток и вычисляет сопротивление по закону Ома. Именно поэтому:

измерять сопротивление в схеме под напряжением — значит мерить собственный, посторонний ток наряду с тестовым, и показания будут полной бессмыслицей;

если в схеме остались заряженные конденсаторы (глава 2!), они будут «мерить» вместо прибора и убивать показания — а иногда и сам прибор.

И вторая ловушка, главная в этой главе: сопротивление измеряется всегда двумя щупами между двумя точками. А значит, прибор «видит» не деталь, а всё, что лежит между этими точками — включая все параллельные пути. Запомним и отложим: к этому врагу мы вернёмся в конце главы.

### Прозвонка: режим «да или нет»

Знакомый каждому писк. В режиме прозвонки мультиметр показывает лишь одно: сопротивление между щупами ниже или выше условного порога (обычно десятков ом). Ниже — пищит, «есть контакт». Выше — молчит, «обрыв».

Это грубый, но быстрый инструмент. Прозвонкой ищут: целостность проводов и дорожек, замкнувшие ключи, сгоревшие предохранители, «отвалившиеся» пайки. Прозвонкой проверяют, что щупы сами исправны: замкните их друг о друга — прибор обязан пискнуть. Если молчит — виноват не пациент, виноват измерительный тракт: щуп, гнездо, провод.

### Диод-тест: недооценённый режим

Пятый, менее известный режим: мультиметр подаёт на щупы небольшое напряжение и показывает, при каком напряжении цепь «открылась». Для диодов это падение при прямом включении — около 0,6–0,7 вольта у кремниевых, около 2–3 вольт у светодиодов (и светодиод при этом слабо светится — бесплатная проверка живости). Диод-тестом проверяют диоды, транзисторные переходы и целость многих полупроводниковых цепей. О нём подробно — в главе 8; здесь запомним: это единственный режим, который «видит» полупроводник, потому что остальные три воспринимают диод просто как одностороннюю трубу.

## Ошибка первая: измерять сопротивление в схеме

Разберём самую частую ошибку новичка на конкретном примере.

На плате стоит резистор с маркировкой 100 ом. Новичок, не выпаивая, прикладывает щупы к его выводам и видит на экране... 47 ом. Обман! Резистор бракованный, меняю. Меняет — и видит те же 47 ом. Паника: «Что за хитрый резистор?»

А хитрости нет. На плате резистор 100 ом не существует отдельно — он стоит в схеме, и параллельно ему подключены другие ветки. Мультиметр измерил суммарное сопротивление: резистор 100 ом и параллельная ветка, скажем, 90 ом. По формуле параллельного соединения из главы 3:

\[R{\text{общ}} = \frac{100 \times 90}{100 + 90} \approx 47{,}4 \text{ ом}\]

Прибор честен. Он измерил именно то, что между щупами, — просто новичок думал, что между щупами только резистор. Из этого следует золотое правило диагностики: в схеме измеренное сопротивление почти всегда меньше номинала детали. Если мультиметр показал на плате значение больше номинала или равное ему — вот это уже сигнал: возможно, деталь мертва (разомкнулась) или рядом нет параллельных путей. А если меньше — это норма, а не дефект.

Отсюда же рабочая техника: сравнивай не с надписью на детали, а с такой же деталью на той же плате или с симметричным каналом. Левый и правый каналы усилителя, две одинаковые цепи питания — измерь обе и сравни. Расхождение укажет на больного быстрее, чем любой справочник.

## Ошибка вторая: неправильный диапазон

У старых стрелочных и у простых цифровых приборов диапазоны выбираются вручную. Поставил диапазон «200 вольт» и меришь 400 — прибор покажет «1» или «перегрузку». Поставил «2000 ом» и меришь 2 ома — покажет «002», и ноль легко принять за мусор.

У современных авто-диапазонных приборов этой проблемы почти нет, но осталась другая: человек не смотрит на единицы измерения на экране. Экран говорит «4,70», а рядом маленькая буква: то ли «мВ», то ли «В». Разница — в тысячу раз. Ток 4,70 миллиампера и ток 4,70 ампера — это два разных мира, один из них убивает компоненты. Правило простое: не прочитал единицы — не получил ответ. Сначала единицы, потом число.

И ещё нюанс с сопротивлением: у большинства мультиметров на малых диапазонах полезное сопротивление щупов и контактов добавляет к показаниям доли ома. Померили «0,3 ома» на проводе, который должен быть нулевым? Это не дефект — это сопротивление самих щупов. Для точных измерений малых сопротивлений делают так: замыкают щупы, запоминают показание, вычитают его из результата. Мелочь, а отличает аккуратного диагноста от небрежного.

## Ошибка третья: слепая вера прибору

Мультиметр показывает среднее. Он не говорит, как ведёт себя напряжение во времени. Схема может выдавать 5 вольт, которые каждую миллисекунду проседают до нуля и обратно — мультиметр покажет средние 3 вольта, и диагност будет долго недоумевать. Пульсации, короткие всплески, дрожание — всё это за пределами зрения мультиметра. Его глазам нужен осциллограф, о котором — глава 14. Пока запомним: мультиметр показывает «сколько», но не показывает «когда» и «как».

## Разгадка: почему перегорает вторая лампа

Пришла пора расплатиться по счёту главы 3. Напомним загадку: две одинаковые лампочки стоят последовательно в переноске. Вторая перегорает регулярно — три раза за сезон. Мультиметр показывает у обеих одинаковое сопротивление. Прибор честен. Детали на вид одинаковы. Почему же судьба разная?

Вот ответ, и он целиком построен на том, что мы только что узнали об омметре.

Нить накаливания лампы — это обычное сопротивление, но его величина зависит от температуры. Холодная нить — тонкая в смысле проводимости? Нет, наоборот: холодный металл проводит лучше. Когда лампа включается, нить холодная, её сопротивление в десять-пятнадцать раз ниже рабочего. По закону Ома \(I = U/R\) — при низком сопротивлении через нить рванул бы огромный ток, но тут вступает в дело последовательное соединение: две лампы делят 220 вольт пополам, и стартовый бросок смягчается. Всё же в первые мгновения нити работают в тяжёлом режиме — ток в десять раз выше номинального. Мощность \(P = I^2R\) — вспоминаем главу 3 — растёт квадратично. Именно в момент включения нить накала испытывает максимальный стресс. Лампы почти никогда не перегорают посреди вечера — они перегорают в момент щелчка выключателя.

Теперь — почему вторая? Потому что «одинаковые» лампы не одинаковы нитью. Малейшая разница в толщине нити, в составе металла — доли процента — даёт разницу в сопротивлении в холодном состоянии. И в последовательной цепи из двух ламп запускающийся бросок распределяется не поровну: та лампа, что холоднее и «тоньше» в проводимости, в первый момент забирает на себя непропорциональную долю удара. Переживёт сотни включений — и однажды сгорит. А её соседка продолжает жить дальше: теперь в цепи одна лампа и, скажем, резистор или просто перемычка — ток устанавливается мягче, удары слабее.

А мультиметр? Он мерил холодную нить. И холодные нити двух внешне одинаковых ламп действительно почти не различаются — доли процента, на грани погрешности прибора. Разница, которая убивает вторую лампу, прячется в тех самых процентах холодного сопротивления, которые мультиметр честно показывает, а человек не читает, потому что не знает, что читать. Оракул не врал. Он ответил на вопрос точно — но вопрос был задан не тот.

Это и есть главный урок главы: мультиметр отвечает на вопрос «какое сопротивление между этими двумя точками холодной цепи». Он не отвечает на вопрос «что происходит в работающей схеме». Тот, кто путает эти два вопроса, меняет исправные детали.

## Новый крючок: «обрыв» на исправной плате

И теперь — обещанное в начале. Случай из практики, на котором спотыкаются почти все новички.

Диагност ремонтирует материнскую плату. Проверяет цепь: прозвонкой — писк есть, контакт есть. Затем переходит в режим омметра и меряет участок между двумя точками дорожки, которая по всем данным должна быть целой. Прибор показывает... разрыв. Бесконечность. Но плата работает, ток по этой цепи течёт, устройство функционирует. Прибор исправен — проверен на заведомо известных деталях. Щупы исправны — прозвонка пискнула. А цепь «разорвана».

Как это возможно?

Подсказка, как и было обещано, спрятана в слове «параллельно». Не в параллельном соединении деталей — тут подсказка тоньше. Вспомните, как работает омметр: он подаёт малюсенькое напряжение и мерит ток. А теперь вспомните: между двумя точками на плате, по которым течёт большой ток, схема ставит не только медную дорожку. Иногда в разрыв дорожки ставят деталь, у которой есть свойство, о котором мы ещё не говорили: она проводит ток в рабочем режиме и не проводит ток слабого тестового сигнала омметра. Мультиметр смотрит на неё и честно докладывает: обрыв. А схема смотрит на неё и работает, как ни в чём не бывало.

Как называется эта деталь? Это слово знает каждый, кто хоть раз вскрывал блок питания, — и не знает почти никто из новичков. Три буквы, меньше рубля за штуку, и главная причина «мёртвых» устройств, которые «не чинятся».

Что это за деталь, почему она обманывает омметр и как проверять её правильно — в главе 7, где мы начнём знакомство с «тихими гигантами» любой схемы: резисторами, конденсаторами и катушками. Там же — обещанный в плане книги метод «трёх шагов взгляда», который за секунду выделяет подозрительный конденсатор из двухсот одинаковых.

А пока запишите в дневник: мультиметр не врёт — врут вопросы, которые ему задают. Один прибор, четыре голоса, и мастерство в том, чтобы спрашивать в правильном режиме, в правильной точке и с правильным ожиданием ответа.

Глава 6

Глава 6. Паяльник: первый союз с огнём

Он закрыл дневник на фразе: «Мультиметр не врёт — врут вопросы, которые ему задают». Перевёл взгляд на ящик. Там, среди аккуратных рулонов каптоновой ленты, щупов и блока питания, лежал он — паяльник. Не просто инструмент, а первый настоящий союзник, с которым придётся разговаривать на языке температуры, времени и прикосновения. И, как у любого серьёзного союза, у этого есть свои правила. Нарушишь — и вместо ремонта получишь «призрака», который будет прятаться неделями.

До этого момента мастер почти всё делал глазами и мозгом: смотрел, измерял, думал. Теперь впервые придётся вмешаться физически. Пайка — это не «просто нагреть и капнуть». Это момент, когда теория из глав 1–5 встречается с практикой, и если руки не понимают физики, теория быстро проигрывает.

## Физика, которая спасает шов

Чтобы понять, почему одни швы живут годами, а другие отваливаются через день, нужно вспомнить закон Джоуля-Ленца и то, что тепло — это тоже ток, только невидимый. Когда жало касается вывода, тепло течёт от жала к детали и от детали к плате. Плата — массивная, с медными слоями и полигонами земли — работает как радиатор. Если подать тепло недостаточно или слишком поздно, деталь не прогреется, припой не растечётся, шов останется зернистым. Это и есть «холодная пайка» — главный призрак ремонтника.

Холодный шов выглядит как капля, которая легла сверху, но не слилась с дорожкой и выводом. Он блестит, но в нём нет металлической связи на уровне кристаллической решётки. Такой шов проводит ток, пока плата лежит на столе. Но стоит её потрясти, нагреть, охладить — и контакт пропадает. А потом появляется снова. Именно такие дефекты сводят с ума и заставляют менять исправные детали.

Правильный шов — это когда припой смачивает обе поверхности, растекается тонким слоем и образует вогнутую галтель (так называют аккуратную «каплю» правильной формы). Это не эстетика ради красоты — это признак того, что температура и время были подобраны верно, и атомы припоя действительно «сцепились» с металлом дорожки и вывода.

Отсюда первое правило: греть нужно не припой, а деталь и площадку. Припой — это только материал. Он плавится от тепла, которое уже есть в детали. Если пытаться «намазать» расплавленный припой на холодную площадку, получится именно холодный шов.

## Флюс: невидимый помощник

Флюс — это не «опция», а обязательный участник процесса. Его задача — убрать оксиды и дать припою смачивать металл. Без флюса даже идеально прогретая площадка не даст хорошего шва: тонкий слой окисла будет мешать сцеплению.

Для новичка лучший выбор — припой с канифольным флюсовым сердечником (0,5–0,8 мм) плюс отдельный жидкий или гелевый флюс. Тонкий припой удобнее: меньше лишнего металла, легче контролировать количество. Гелевый флюс наносят точечно — каплю на площадку и на вывод. Жидкий — кисточкой, но аккуратно: избыток флюса на плате — это будущие проблемы с проводимостью и коррозией.

После пайки остатки флюса нужно убирать. Для канифольных и нейтральных флюсов достаточно изопропилового спирта и безворсовой салфетки. Для активных флюсов (кислотных) — обязательно тщательное смывание и сушка, иначе коррозия съест дорожки за месяцы.

## Температурные режимы: не «горячее — лучше», а «ровно столько»

В главе 4 уже говорилось про регулировку температуры. Теперь — зачем она нужна.

280–300 °C — деликатная пайка: SMD-компоненты, тонкие дорожки, чувствительные к перегреву детали.

300–320 °C — стандартная пайка выводных компонентов, разъёмов, кнопок.

350 °C и выше — демонтаж, выпаивание, работа с массивными полигонами.

Почему нельзя всегда ставить 350? Потому что перегрев убивает компоненты. Микросхемы, конденсаторы, разъёмы — у них есть температурные пределы. Пластмассовые части разъёмов начинают деформироваться уже при 250–280 °C, а микросхемы могут выйти из строя задолго до того, как вы увидите оплавление корпуса.

Ещё важнее — время. Даже при правильной температуре нельзя греть вывод дольше 2–3 секунд. Если за это время припой не расплавился — значит, тепло не доходит: плохой контакт жала, окисленная площадка, массивный полигон. В таких случаях лучше добавить немного свежего флюса, прогреть соседнюю точку, чтобы тепло дошло по дорожке, или использовать фен. Но не держать жало на выводе полминуты: это почти гарантированно убьёт дорожку или компонент.

## Первое задание: кнопка в пульте

Теперь — практика. Первое самостоятельное задание курса: заменить кнопку в простом пульте. Задача кажется тривиальной, но именно на ней новички учатся самым важным вещам.

Ученику выдают пульт, мультиметр, паяльник, флюс, припой, оплётку для удаления припоя, пинцет и набор прецизионных отвёрток. Цель — выпаять старую кнопку, впаять новую, проверить, что все кнопки работают, и собрать пульт обратно.

И вот тут начинается реальность.

Первая попытка. Жало плохо касается вывода. Припой не плавится. Ученик давит сильнее, поднимает температуру до 380. Вывод прогревается, припой плавится, но вместе с ним отслаивается дорожка. Кнопка снята, но плата уже «ранена». Это классическая ошибка: давление не помогает теплу — оно только ломает хрупкие дорожки. Тепло должно приходить само, через хороший контакт.

Вторая попытка. На этот раз ученик использует флюс и греет не сам вывод, а площадку рядом, чтобы тепло шло по дорожке. Припой плавится мягко, кнопка снимается без рывков. Отлично. Но при установке новой кнопки он забывает нанести флюс на площадку. Припой ложится каплей, не растекается. Шов выглядит нормально, но это холодный шов. Через три нажатия кнопка отваливается.

Третья попытка. Флюс есть, температура правильная, прогрев площадки. Припой растекается, образуется аккуратная галтель. Кнопка держится. Проверка мультиметром — контакт есть. Три нажатия, десять, сто — работает.

Именно так приходит понимание: пайка — это не сила, а терпение и внимание к деталям. И именно поэтому крючок этой главы звучит так: кнопка отвалится трижды, прежде чем заработает. Это не преувеличение — это статистика. Но каждый провал — это урок, который нельзя получить из книги.

## Демонтаж двухвыводных компонентов: как не убить плату

Двухвыводные компоненты (резисторы, конденсаторы в корпусах с выводами) — идеальный тренажёр. У них два вывода, и задача — прогреть оба одновременно или поочерёдно, но быстро.

Техника:

1. Нанесите флюс на оба вывода.

2. Прогрейте первый вывод, слегка потяните компонент в противоположную сторону.

3. Сразу же прогрейте второй вывод и снимите компонент.

4. Если компонент не снимается — не тяните силой. Лучше добавьте флюс и прогрейте площадку рядом, чтобы тепло пришло по дорожке.

Если выводы не отпаиваются из-за массивных полигонов, используют оплётку. Оплётку кладут на вывод, сверху прижимают жалом. Оплётка «вытягивает» лишний припой, снижая теплоёмкость соединения. После этого компонент снимается гораздо легче.

## Уход за жалом: маленький ритуал, который экономит деньги

Жало — это лицо паяльника. И оно требует ухода.

Чистка. Во время пайки жало покрывается нагаром и окислами. Его нужно регулярно очищать. Лучший способ — влажная целлюлозная губка (не мокрая, а именно влажная). Протёр — и сразу обратно в работу. Сухая губка или тряпка не помогут: нужна влага, чтобы растворить нагар.

Лужение. После каждой чистки жало нужно заново покрыть тонким слоем припоя. Это называется лужением. Лужёное жало лучше передаёт тепло, потому что припой — отличный проводник. Сухое, матовое жало греет хуже и быстрее выгорает.

Не царапать. Никогда не чистите жало наждачкой, ножом или надфилем. Абразив снимает защитное покрытие, и жало выгорает в разы быстрее.

Эти три действия — чистка, лужение, контроль температуры — превращают паяльник из капризного инструмента в предсказуемого помощника.

## Плохие привычки новичков: что убивает плату

Есть несколько ошибок, которые встречаются почти у всех на старте:

Давление на жало. Давление не передаёт тепло — оно ломает дорожки. Контакт должен быть лёгким, без усилия.

Перегрев. «Чем горячее, тем быстрее» — это путь к отслоенным дорожкам и мёртвым компонентам.

Пайка без флюса. Экономия на капле флюса оборачивается десятками минут поиска «призраков».

Игнорирование полигонов. Массивные площадки и дорожки работают как радиаторы. Если не учитывать это, шов не получится.

Оставление лишнего припоя. Избыток припоя может замкнуть соседние дорожки, особенно на SMD-платах.

## Почему порядок пайки кажется хаотичным

В конце главы — обещанный вопрос: почему мастер паяет компоненты в порядке, который кажется хаотичным?

Ответ прост: он думает не о порядке деталей, а о тепловом балансе платы.

Сначала паяют компоненты, у которых нет массивных полигонов. Они прогреваются быстро, и риск перегрева минимален.

Потом — детали с массивными площадками, но только после того, как прогрев соседних дорожек уже подготовил путь для тепла.

Если на плате есть чувствительные к нагреву компоненты (микросхемы, разъёмы с пластиковыми частями), их стараются паять в последнюю очередь, чтобы не подвергать длительному нагреву от соседних работ.

При демонтаже часто начинают с «тяжёлых» мест — прогревают массивные полигоны, чтобы потом легче снять остальные детали.

Это не хаос. Это стратегия управления теплом. Плата — это термический ландшафт: холмы (массивные полигоны), долины (тонкие дорожки), реки (медные трассы). Хороший мастер «читает» этот ландшафт и прокладывает маршрут так, чтобы тепло работало на него, а не против него.