工业电路板维修入门：运放和比较器原理新解与故障诊断

第1篇 运放电路原理新解与故障诊断
第1章为何要“新解”运放？002
1.1　引子002
1.2　笔者学习和掌握运放电路的历程002
1.3　本书所涉及电路内容005
1.4　检修运放电路的理论基础006
1.4.1　欧姆定律006
1.4.2　“电流检测法”与“成片检测法”的提出007
1.4.3　所有运放都是直流放大器，所有信号都是直流电压信号009
1.4.4　“虚断”与“虚短”规则，既是原理又是检测依据010
1.5　为何要“新解”运放电路？010

第2章运放原理初阶012
2.1　运放特性简说012
2.2　运放符号及结构简析013
2.2.1　运放的原符号和新符号013
2.2.2　运放电路的开环表现013
2.3　电压跟随器的电路类型和工作原理015
2.3.1　串联分压电路的结果估算015
2.3.2　电压跟随器基本电路017
2.3.3　电压跟随器的电路构成019
2.3.4　实际电路举例026
2.3.5　电压跟随器电路的故障检修026

第3章同相放大器原理与故障检修027
3.1　同相放大器工作原理简述027
3.2　同相放大器故障检修要点028
3.2.1　“虚断”规则不成立，器件（芯片）坏028
3.2.2　“虚短”规则不成立，故障从此处查起029
3.2.3　运放器件既符合比较器规则，偏置电路又符合分压规则，但电路状态显然不对，故障何在？030
3.2.4　不易觉察的故障现象：“虚短”质量变差，输出值稍微偏低031
3.3　专门适用于同相放大器的检修规则032
3.3.1　反相输入端接地端电阻开路，同相放大器变身为电压跟随器032
3.3.2　同相输入端悬空时，测试输入或输出电压表现异常032
3.4　同相放大器/电压跟随器的电路实例034
3.5　同相加法器电路035
3.5.1　同相加法器原理解析035
3.5.2　同相加法器检测要点036
3.6　同相放大器故障检修实例036

第4章反相放大器原理与故障检修037
4.1　反相放大器的电路结构037
4.2　反相放大器原理简析037
4.3　反相放大器分析方法038
4.4　加法器/反相求和电路040
4.4.1　计算简易的反相求和电路040
4.4.2　计算稍为烦琐的反相求和电路040
4.5　反相放大器的故障检修规则041
4.6　实际应用电路举例042
4.7　反相放大器电路故障检修实例042

第5章差分（减法器）电路原理与故障检修043
5.1　差分放大（衰减）器基本电路形式和工作原理043
5.1.1　差分放大器基本(等效)电路原理简述044
5.1.2　差分放大器分析方法044
5.2　预加偏置电压的差分放大器046
5.2.1　工作原理解析046
5.2.2　电路动态过程分析047
5.3　输入信号和运放供电电源不共地的差分放大器047
5.3.1　电路分析法1047
5.3.2　电路分析法2048
5.3.3　更简单的图示分析法049
5.4　用差分电路构成的恒流源电路049
5.5　仪用放大器（高阻抗输入的差分放大器）050
5.5.1　仪用放大器基本电路形式050
5.5.2　模拟电路偏偏不用于对模拟信号的处理051
5.5.3　芯片式仪用放大器的电路实例052
5.6　差分放大器检修方法053

第6章精密半波和全波整流电路原理解析057
6.1　精密半波整流电路057
6.2　常见全波精密整流电路形式059
6.2.1　精密全波整流电路之一059
6.2.2　精密全波整流电路之二060
6.3　精密半波、全波电路的故障检修方法061

第7章单电源供电的运算放大器062
7.1　单、双电源供电运放及代换事项062
7.2　单电源运放作为放大器应用时的技术措施063
7.3　芯片代换结论064

第8章基准电压的来源065
8.1　由电源电压经电阻串联分压产生的基准电压065
8.2　由运放电路生成的基准电压066
8.3　“专业”基准电压源电路之一067
8.4　“专业”基准电压源电路之二067
8.5　可编程基准电压源电路068

第9章放大器的预置基准070
9.1　“潜”的基准——不需要另外增设的基准070
9.2　“显”的基准——双电源供电运放额外设置的基准071
9.2.1　从+5V供电端取得基准的电压跟随器电路071
9.2.2　-5V基准电压输入的加法器/反相求和电路072
9.2.3　-3.3V基准电压输入的加法器/反相求和电路072
9.2.4　3种电路的总结073
9.3　单电源供电的运放电路基准的设置074

第10章 恒流源电路076
10.1　电压跟随器结构的恒流源电路076
10.1.1　电路工作原理简述076
10.1.2　图1-10-2恒流源电路的故障检测要点078
10.2　单端输入、双端输出式差分放大器的恒流源电路078
10.2.1　电路实例和电路化简1、2的深入分析078
10.2.2　电路化简3的深入分析080
10.3　双端输入、双端输出式差分放大器的恒流源电路081
10.3.1　V-I转换/恒流源主电路及化简电路的初步分析081
10.3.2　深度化简和深度分析082

第11章 可编程放大器084
11.1　电路原理解析084
11.2　电路故障检测方法085

第12章 微积分电路原理及检修086
12.1　积分、微分电路的基本概念086
12.2　由运放器件和RC电路构成的积分电路088
12.2.1　电容充电的3个过程和3种表现088
12.2.2　电容充电过程中的调控作用导致放大器发生的“三次变身”089
12.2.3　积分电路的检修要点（以应用广泛的反相积分放大器为例）090
12.3　由运放器件和RC电路构成的微分电路091
12.3.1　电路特性分析091
12.3.2　微分电路检修要点092
12.4　在结构上一样的电路，如何区分是反相放大器还是积分电路？092

第13章 认识IC器件094
13.1　芯片的温度序列094
13.2　IC器件的封装形式095
13.3　芯片的性能序列097
13.3.1　以284xx系列开关电源芯片为例097
13.3.2　以TL0xx系列芯片为例098
13.4　芯片的代换问题099

第2篇电压比较器原理新解与故障检测方法
第1章电压比较器综述102
1.1　基本电路和相关定义102
1.2　提出新符号和简要定义104
1.2.1　初识电压比较器104
1.2.2　建立电压比较器的新符号105

第2章电压比较器的常用电路形式108
2.1　基本电路形式——“点”（单值）比较器108
2.2　“段”（滞回/迟滞）比较器109
2.3　梯级电压比较器电路110
2.4　“片”（窗口）比较器电路110
2.5　具有“双重身份”的比较器电路——梯级比较器和窗口比较器的组合电路111

第3章比较基准的设置和来源113
3.1　基准电压电路113
3.2　由电路形式预判正常输入信号的电压幅度和范围114

第4章电压比较器的在线鉴别及故障诊断116
4.1　在线鉴别比较器和运放器件的方法116
4.2　比较器的检修思路和方法117
4.2.1　检修思路117
4.2.2　检测方法118

第5章电压比较器的应用特例120
5.1　10V基准电压发生器电路120
5.2　驱动电路的供电电源电路121
5.3　故障检修思路121

第3篇模拟电路故障的诊断与检测
第1章小试牛刀：简单点的模拟电路——温度检测电路124
实例1 运放芯片影响了分压值：“虚断”规则已经不成立——宝德BEM200型3.7kW变频器，上电报E.OH故障124
实例2　也许“虚断”不成立是运放芯片损坏后常见故障——CVF-G3型11kW变频器上电显示故障代码Er.11125
实例3　处理模拟信号也不一定就会用到运放芯片——ABB-ACS550型22kW变频器温度控制检测电路126
实例4　当电压跟随器的输出电压不等于输入电压时——康沃FSCG型4kW变频器上电显示ER11故障代码127
实例5　看似复杂，其实简单的检测电路——富士5000G1S-55/75kW变频器上电报OH3故障128
实例6　不要让外围电路牵连运放芯片——艾瑞克E700型45kW变频器上电报过热故障130
实例7　开关信号和模拟信号“混搭”的温度检测电路——台达VFD300B43A型45kW变频器上电报过热故障131
实例8　传输模拟信号偏偏不用运放！——汇川MD300型5.5kW变频器上电误报Err14故障132

第2章也不算复杂：直流母线电压检测电路134
实例1　运放芯片的表现不讲道理-——微能WIN-9P型15kW变频器遭雷击后报LU故障的修复134
实例2　偏置电路的“失职”，导致运放电路的“身份”改变——艾瑞克EI-700型55kW变频器报OU（过电压）故障检修136
实例3　基准电压的高低由MCU说了算——丹佛斯VLT2815型3.7kW变频器电压检测电路故障检修137
实例4 简单点的电路也能完成任务——艾默生SK型2.2kW变压器上电报欠电压故障138
实例5　运放器件可以坏出这种现象——普传PI3000型55kW变频器报LU故障139
实例6　供电电源是否正常要永远放在检测的第一位——众辰H3400型1.5kW变频器上电显示OU0代码140
实例7　基准电压的地位其实不低于电源电压——德瑞斯DRS2800型3.7kW变频器过电压报警141
实例8　总有例外的电路结构和形式——嘉信JX-G型37kW变频器上电产生OU报警142
实例9　万物都会衰老——日立SJ300型22kW变频器上电报欠电压故障144
实例10　可调元件，提供方便的同时又带来故障隐患——派尼尔VF500G型，上电产生直流母线欠电压报警146
实例11　别太依赖万用表——四方E380型55kW上电报欠电压故障147
实例12　器件的衰变并不罕见——ABB-ACS550型22kW变频器启动时显示“机器未准备好”147
实例13　没有好办法就全部焊点来一遍——ABB-ACS800型75kW偶尔报欠电压故障149
实例14　不按规则“出牌”必遭淘汰——正泰NVF2型55kW变频器上电报OV3故障之一150

第3章认识贴片IC元件151
3.1　贴片IC的封装形式和种类151
3.2　贴片IC的种类153
3.2.1　数字IC电路153
3.2.2　模拟IC电路，主要由集成运算放大器（简称运放电路）组成154
3.3　如何辨识贴片IC器件的产品型号155
3.3.1　从印字（标注字符）上确认型号155
3.3.2　借助元器件本体上的标志确认起始脚的办法156
3.3.3　MCU/DSP器件的辨别方法158
3.3.4　区分数字IC和模拟IC器件的方法159
3.3.5　从电路构成判断器件类型160
3.4　贴片IC的代换163

第4章如何“跑”电路及线路板测绘164
4.1　先认识一下实物164
4.2　先确定要跑的大致区域167
4.2.1　输出电流检测电路的区域划定167
4.2.2　直流母线电压检测电路的区域划定168
4.2.3　其他电路的区域划定168
4.3　先找地、供电端169
4.4　知道在哪里停就会画了171
4.5　攻克一路，全军缴械171
4.6　画电路图的方法172
4.6.1　先按物理位置画草图，再加以整理172
4.6.2　直接将IC拆分后画出173
4.6.3　画出来看不懂就失去意义——整理的重要性175

第5章预测学及其他177
5.1　信号电压预测学（前、中、后级电路之间的电压结构关系）177
5.1.1　图3-5-1所对应实际电路的电路形式判断和关键点的电压预测177
5.1.2　图3-5-2所对应实际电路的首端、末端信号电压值预测178
5.1.3　图3-5-3所对应实际电路的前、中、后级电路的电路结构及电压值预测179
5.2　交流和直流，静态和动态，电压和电流180
5.3　“虚断”规则不仅仅是运放电路的专利182
5.4　可以动手脚的地方和不能动手脚的地方183
5.5　“脑洞大开”使普通检修装备的“潜能”得以显现184

第6章先两端后中间与扫雷法及其他186
6.1　电流检测电路中各点电压预测186
6.1.1　电流传感器输出状态186
6.1.2　模拟量信号处理的第一级——运放芯片IC500的输入端和输出端的状态187
6.1.3　接地故障检测电路的输出端状态189
6.1.4　短路故障检测与报警电路的输出状态190
6.1.5　过载故障检测与报警电路的输出状态190
6.2　继续答疑191
6.3　先两端后中间的快速检修法192
6.3.1　对模拟量信号传输电路来说192
6.3.2　对接地故障检测电路来说193
6.3.3　对图3-6-1整体电路来说194
6.4　故障点“扫雷法”194
6.5　电路“首尾一通”法195

第7章变频器输出电流检测电路实例197
7.1　输出电流检测电路的经典结构197
7.2　输出电流检测电路实例1198
7.2.1　简述电路原理及电路构成198
7.2.2　故障诊断思路和诊断方法199
7.2.3　故障检修步骤和注意问题201
7.2.4　图3-7-2电路的故障检修203
7.3　输出电流检测电路实例2204
7.3.1　图3-7-4电路结构简析204
7.3.2　图3-7-4电路故障检测204
7.4　输出电流检测电路实例3206
7.4.1　首重两端，忽略中间206
7.4.2　光看静态，不管动态206
7.4.3　庖丁解牛，不见全体208
7.4.4　奇怪结果，冷静分析208

第8章“混搭”的模拟量信号输出电路210
8.1　模拟开关、光耦合器、运放的“混搭电路”210
8.1.1　化简电路和原理简析210
8.1.2　检修步骤和方法212
8.2　光耦合器、电压比较器、运放器件的“混搭电路”213
8.2.1　电路原理简述213
8.2.2　故障检修方法214

参考文献216