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特征图示原理及应用
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2009-04-06
刘满贵
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您想过吗，当您的电子设备遭遇灾难性的故障，系统无法加电，或者不敢加电时，您能用什么手段来检查故障呢？除了万用表量电阻，还有什么好用？恐怕没有。这是为什么？那么多的仪器仪表，居然都用不上！这说明什么？原来，现有的仪器仪表，多数都是用来测试电能与电信号的，并非测电路的。这就是说：第一、电能电信号与电路，不是一回事；第二、真正用于电路本身的测试仪器，少得可怜！这么简单的问题，以前谁去想它！现在，一起来想想，很有意义！
两种不同的物质，两类不同的仪器设备
电能与电信号是能量形式的物质，可统称为电能；电路与元器件是质量形式的物质，
可统称为电路。电学领域的物理量，因此分为电能参数与电路参数。例如，电流、电压是电能参数，电阻、阻抗才是电路参数。相应的测量仪器，也就有了电能仪器与电路仪器之分。例如，电压表、示波器是电能仪器，欧姆表和电路板自动测试仪则是电路仪器。元器件测试仪器也可归于电路仪器。目前，在线测试的电路仪器，其实只有三种：1、欧姆表，2、自动测试仪，3、特征图示仪（本文所推广，同类产品叫TRACKER-追踪仪）。其它，除开元器件测试仪器，全是电能仪器。
两类仪器在电路诊断中的作用，电路诊断中的无奈
电路仪器，专门用于电路本身的测试，无用质疑。电能仪器，除了用于电能的测试，也
常常用作电路诊断，然而，这种诊断是间接的，只能确定故障的部位或区域，并不能最终断定出事的元件。我国此前的电路诊断，除自动测试仪能直接指出故障元件，多数人还只能靠万用表查故障。显然，它的效能有限，在很大程度上，是靠着‘维修经验’与试探性的‘元件拆换’来解决问题。这里存在着相当的盲目性，维修品质难以保障，也是事出无奈！久而久之，习以为常，形成了这种粗放的、‘经验加拆换’的传统修理模式。‘无奈’变成了‘天经地义’。
现实中，一些价格高于万元的电路仪器，国外企业比国内企业用得多，沿海企业比内地企业用得多。对此，首先应当明白，这种差异是观念的差异，是品质意识的差距！其次，应当尽量为电子业界提供价廉物美的电路仪器，这是缩小差距提升技术文明的重要措施。
有了上面的认识，就应该重视电路测试的学术研究和电路仪器的产品开发。
特征图示仪是电路仪器的新品种，体现着新的电路测试理念
本文所述的特征图示仪用于电路测试，将其伏安特性，以曲线图形显示出来。它是电路仪器的新品种。它运用叫做ASA（Analog Signature Analysis）的伏安特征分析技术。
特征分析就是，以某种特性或参数为依据，对事物作出“对不对”即Go-NoGo的判定。
特征分析是广义的，区别的关键在特征。我们这里，以电路或器件的阻抗特性做特征，也可称其伏安特征。这种称谓，既简明又准确。它明确地表明，自己是电学领域里的模拟量。也就是说，伏安特征分析就是对电路及器件的阻抗特性进行的模拟特征分析，即ASA（Analog Signature Analysis）。
作为电路诊断技术，伏安特征分析是不加电的在线测试，无须编程与测架，有“学习”和“比较”两种操作模式，使用起来如同万用表测电阻一样简便，而且，适用面宽。用于元器件筛选测试，同样是‘多面手’。 无论什么器件、何种封装；无论模拟电路，还是数字电路，只要测针能触到，它都能用上。
2. 测试原理、技术要素
描述电路与器件电气特性，最权威的方式，就是它们的伏安特性曲线。因此，用伏安特
性曲线做特征，来判定电路状态正常与否，是最可信的。特征图示仪是用来测取电路伏安特征的专用仪器。特征图示仪，英译Signature Tracer，缩写ST。
工作原理
特征图示仪的工作原理如下图所示。它以正弦扫描电压通过一限流电阻对被测对象产生激励，引发电路端点上的响应，即电流依电压的变化而变化。对选定的电路端点，激励条件确定时，其响应即伏安特征是唯一确定的；伏安特征如有变异，意味着电路电气特性的变异，这必定是电路元件损伤或电路结构变化（短路或断线）所致。这种分析有助于技术人员找出已经损伤或即将损伤的元件。
技术要素——三种激励参数：Vs、Fs、Rs
特征图示仪可以产生这种激励并采测电路端点上的响应，测得数据以曲线形式，即伏安特征显示在LCD显示器上。它能改变扫描幅度Vs、扫描频率Fs与限流电阻Rs三者的数值，以适应各种测试需求。它具备数据存储与传输等多项数字化的智能，使仪器有“学习”与“对比”两种工作模式，以及与其它电脑联机的功能。
电路端点伏安特性（阻抗特性）是电路的固有特性，不会依外部条件而改变，但是，伏安特征却会因激励条件的不同而显现不同。
扫描幅度Vs、扫描频率Fs与限流电阻Rs是影响特征形状的三个基本要素。测试时，须对三者选择合适的数值，以得到尽可能鲜明的特征图形或满足某种诊断需求。
在线进行的测试过程无须系统加电，此时被测电路的状态，正好与‘除源’后的电路模型相对应。因此，对电路伏安特征的辨析，是有律可循的。
基本规律——四种典型特征
在‘除源’的电路模型中，各种元件都可归于其伏安特征如下图所示的电阻、电容、电感、半导体二极管等四种基本类型。同理，电路结构无论多复杂，端点（节点）之间的伏安特征，都是这四种元件基本伏安特征的组合。
一个简单的组合例子如下图。图中示出一个电阻和一个发光二极管两者独立的伏安特征，也给出它们并联后组合的伏安特征。
两种不同的物质，两类不同的仪器设备
电能与电信号是能量形式的物质，可统称为电能；电路与元器件是质量形式的物质，
可统称为电路。电学领域的物理量，因此分为电能参数与电路参数。例如，电流、电压是电能参数，电阻、阻抗才是电路参数。相应的测量仪器，也就有了电能仪器与电路仪器之分。例如，电压表、示波器是电能仪器，欧姆表和电路板自动测试仪则是电路仪器。元器件测试仪器也可归于电路仪器。目前，在线测试的电路仪器，其实只有三种：1、欧姆表，2、自动测试仪，3、特征图示仪（本文所推广，同类产品叫TRACKER-追踪仪）。其它，除开元器件测试仪器，全是电能仪器。
两类仪器在电路诊断中的作用，电路诊断中的无奈
电路仪器，专门用于电路本身的测试，无用质疑。电能仪器，除了用于电能的测试，也
常常用作电路诊断，然而，这种诊断是间接的，只能确定故障的部位或区域，并不能最终断定出事的元件。我国此前的电路诊断，除自动测试仪能直接指出故障元件，多数人还只能靠万用表查故障。显然，它的效能有限，在很大程度上，是靠着‘维修经验’与试探性的‘元件拆换’来解决问题。这里存在着相当的盲目性，维修品质难以保障，也是事出无奈！久而久之，习以为常，形成了这种粗放的、‘经验加拆换’的传统修理模式。‘无奈’变成了‘天经地义’。
现实中，一些价格高于万元的电路仪器，国外企业比国内企业用得多，沿海企业比内地企业用得多。对此，首先应当明白，这种差异是观念的差异，是品质意识的差距！其次，应当尽量为电子业界提供价廉物美的电路仪器，这是缩小差距提升技术文明的重要措施。
有了上面的认识，就应该重视电路测试的学术研究和电路仪器的产品开发。
特征图示仪是电路仪器的新品种，体现着新的电路测试理念
本文所述的特征图示仪用于电路测试，将其伏安特性，以曲线图形显示出来。它是电路仪器的新品种。它运用叫做ASA（Analog Signature Analysis）的伏安特征分析技术。
特征分析就是，以某种特性或参数为依据，对事物作出“对不对”即Go-NoGo的判定。
特征分析是广义的，区别的关键在特征。我们这里，以电路或器件的阻抗特性做特征，也可称其伏安特征。这种称谓，既简明又准确。它明确地表明，自己是电学领域里的模拟量。也就是说，伏安特征分析就是对电路及器件的阻抗特性进行的模拟特征分析，即ASA（Analog Signature Analysis）。
作为电路诊断技术，伏安特征分析是不加电的在线测试，无须编程与测架，有“学习”和“比较”两种操作模式，使用起来如同万用表测电阻一样简便，而且，适用面宽。用于元器件筛选测试，同样是‘多面手’。 无论什么器件、何种封装；无论模拟电路，还是数字电路，只要测针能触到，它都能用上。
2. 测试原理、技术要素
描述电路与器件电气特性，最权威的方式，就是它们的伏安特性曲线。因此，用伏安特
性曲线做特征，来判定电路状态正常与否，是最可信的。特征图示仪是用来测取电路伏安特征的专用仪器。特征图示仪，英译Signature Tracer，缩写ST。
工作原理
特征图示仪的工作原理如下图所示。它以正弦扫描电压通过一限流电阻对被测对象产生激励，引发电路端点上的响应，即电流依电压的变化而变化。对选定的电路端点，激励条件确定时，其响应即伏安特征是唯一确定的；伏安特征如有变异，意味着电路电气特性的变异，这必定是电路元件损伤或电路结构变化（短路或断线）所致。这种分析有助于技术人员找出已经损伤或即将损伤的元件。
技术要素——三种激励参数：Vs、Fs、Rs
特征图示仪可以产生这种激励并采测电路端点上的响应，测得数据以曲线形式，即伏安特征显示在LCD显示器上。它能改变扫描幅度Vs、扫描频率Fs与限流电阻Rs三者的数值，以适应各种测试需求。它具备数据存储与传输等多项数字化的智能，使仪器有“学习”与“对比”两种工作模式，以及与其它电脑联机的功能。
电路端点伏安特性（阻抗特性）是电路的固有特性，不会依外部条件而改变，但是，伏安特征却会因激励条件的不同而显现不同。
扫描幅度Vs、扫描频率Fs与限流电阻Rs是影响特征形状的三个基本要素。测试时，须对三者选择合适的数值，以得到尽可能鲜明的特征图形或满足某种诊断需求。
在线进行的测试过程无须系统加电，此时被测电路的状态，正好与‘除源’后的电路模型相对应。因此，对电路伏安特征的辨析，是有律可循的。
基本规律——四种典型特征
在‘除源’的电路模型中，各种元件都可归于其伏安特征如下图所示的电阻、电容、电感、半导体二极管等四种基本类型。同理，电路结构无论多复杂，端点（节点）之间的伏安特征，都是这四种元件基本伏安特征的组合。
一个简单的组合例子如下图。图中示出一个电阻和一个发光二极管两者独立的伏安特征，也给出它们并联后组合的伏安特征。
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