ELEKTRONİK MALZEME TEST ve ELEKTRONİK KART ARIZA BULMA

08.07.2014 tarihinde yayınlandı.
Ülkemizde elektronik kart tamirinde en çok kullanılan metotlar, elektronik komponent test metotlarıdır. Bu metotlardan önceki yazılarımızda kısaca bahsetmiştik. Elektronik arıza bulma ve giderme laboratuarında olması gereken test cihazları (ve metotları) aşağıdaki gibi sıralanabilir;

1)     Empedans (V-I) Test Cihazı (ASA, tester); Olmazsa olmaz cihazların başında gelir. Hemen tüm malzemelerin sağlamlık testi yapılır. Bu cihaza zamanın multimetresi yakıştırması o yüzden yapılır.
2)     Programlayıcı (universal programmer); Programlanabilir malzemelerin programlarını okuma, kaydetme, sağlamı ile mukayese etme (verify), içeriğine müdahale etme gibi tüm işlemlerin yapılabilmesi için olmazsa olmaz cihazlardandır.
3)     Kısa Devre Test Cihazı (Short Locator) ; Besleme-toprak arasında veya data yolları arasında kısa devre arızalarının birkaç dakikada bulunmasını sağlar.
4)     Fonksiyonel Test Cihazı (Functional Tester) ; Elektronik komponentlerin devre içi ve dışı (in circuit and out circuit) saniyeler seviyesinde fonksiyonel olarak testini sağlar. Bu cihaz kart tamirini oldukça hızlandırmaktadır.
5)     Boundary Scan Test Cihazı ; Yüksek teknolojili BGA, PGA, QFP gibi yapılardaki entegrelerin devre içi sağlamlık testini yapar. Zamanımızda artık gerekli hale gelmeye başlamıştır.
6)     Osiloskop-Multimetre ; Bu metot ile kart üzerinde sinyal-voltaj takibi yapılmaktadır. Kart veya cihaza besleme verilerek test edildiğinden, malzemelere zarar verme ve elektrik çarpılması riski yüksektir. Bu metot artık çok tercih edilmemektedir. Arızalı kartın daha fazla arızalanmasına sebep olmaktadır.       
Yukarıdaki test cihazlarına çalışma alanına göre başka kalemler eklenebilir. RF componentler içermeyen herhangi bir elektronik kart veya cihaz, yukarıdaki ilk  üç cihaz ile onarılabilir. Bu yazımızda en çok kullanılan empedans test metodu anlatılacaktır. 

Ülkemizde arıza belirlemede en çok komponent test cihazları kullanılmaktadır. Bunların da içerisinde en önemli olan ve çok tercih edilen empedans test cihazlarıdır. Ohm kanunundan Voltaj / Akım oranı, direnci verir. Kondansatör ve bobin gibi direnç değeri frekansa göre değişen elektronik malzemeler de direnç kavramına dahil edilirse, genel ismi ‘empedans’ olur. Her elektronik malzemenin bir empedans karakteristiği vardır ve arızalanan malzemelerde bu eğrilerde bozulma meydana gelir. Firmamız tarafından Ülkemizde milli imkanlarla üretilen EFLVI Tester empedans test cihazları düzinelerce elektronik kart tamiri atölyesinde başarılı şekilde kullanılmaktadır. EFLFVI Tester - TFT cihazı sağlamlığı, hızl ıeğri oluşturması, kalitesi ve kolay kullanışlı olması açısından da sınıfında liderdir.

EFLVITester_PC cihazı Voltaj/Akım oranına kısaca VI da denir. Empedans testine bazı farklı kaynaklarda ASA (Analog Signature Analyse- Analog Sinyal Analizi) testi de denir. Arızalanan malzemelerin empedans eğrilerinde (karakteristik empedans) değişmeler meydana gelir. Çoğunlukla bu değişiklikler malzeme devre içinde V-I testi yapılırken görülür. Üzerinden aşırı akım geçiren bir yarı iletkenin karbonlaşarak direnç eğrisi şekline dönüştüğü oldukça sık görülen arızadır. Açık devre veya kısa devre olması ise bu arızayı daha da belirginleştirir. En temel bilinmesi gereken VI eğrileri aşağıda verilmektedir. Bu grafiklerde yatay eksen voltaj, düşey eksen ise akım eksenidir.
 
Sağlam direnç empedans eğrisi Sağlam direnç empedans eğrisi
 
Sağlam diyot empedans eğrisi Sağlam diyot empedans eğrisi
 
Sağlam zener diyot empedans eğrisi Sağlam zener diyot empedans eğrisi 
 
Sağlam kondansatör empedans eğrisi a) Sağlam kondansatör empedans eğrisi 
 
Arızalı kondansatör empedans eğrisi b) Arızalı kondansatör empedans eğrisi

Kondansatör ve bobin eğrileri elips şeklindedir. Fakat merkeze göre simetriktir. Bobinin iç direnci olduğundan halka düşey düzlemde biraz yatık oluşur. Burada verilen eğriler en temel olanlardır. Devre dışında görülmesi gereken eğrilerdir. Bu temel eğrilerden yola çıkarak tüm elektronik malzemelerin testi yapılabilir.
 
Analog entegre bacaklarındaki koruma diyot yapısı Analog entegrelerin tüm bacaklarında şekilde görüldüğü gibi sigorta maksatlı zener diyot yapı bulunur. Analog entegrelerdeki (LM339, 555, 556, ULNXXX, OP-AMP vs. gibi) her pine konan sigorta yarı iletken empedans eğrileri farklıdır. Fakat değişmez önemli bir kaide vardır ki, bu da hepsini kolayca test etmemizi sağlar; aynı işi yapan pinler besleme veya toprağa göre aynı empedans eğrisini verirler. Mesela ULN2003 ün çıkış pinlerinde beslemeye göre görülen diyot eğrileri aynı olmalıdır. Birisi çok az fark oluşturuyorsa (devre dışında) arızalıdır. Malzemelerin pin isimleri (pinout) internet ortamından search edilerek kolayca bulunabilir. Üretici firmalar (OEM) malzeme data sheetlerini web sitelerine eklerler. 
 
Dijital bir entegrenin bacaklarındaki koruma diyotları Dijital entegrelerde de şekilde görüldüğü gibi diyotlar besleme veya toprak tarafına yerleştirilmiştir. Devre dışında bir entegrenin tüm bacaklarında aynı şekilde düzgün diyot karakteristiği görülemiyorsa malzeme arızalıdır. Dijital IC’ler genellikle fonksiyonel test ile daha hızlı test edilirler.


Sağlam ve Arızalı Elektronik Kartın Karşılaştırılarak Arızanın Bulunması
Sağlam ve arızalı iki kart hızlı mukayese edilerek arızalı malzemenin bulunduğu nokta kolayca belirlenebilir. Bunun için bağlantı şekli ve dikkat edilecek kurallar aşağıda verilmiştir.
 
 
Sağlam ve arızalı elektronik kartlar mukayese edilirken Sağlam ve arızalı elektronik kartlar mukayese edilirken, aşağıdaki maddelere dikkat edilmelidir.1)     Elektronik kartlar birebir aynı olmalıdır, modifikasyon veya hardware version farklılığı olmamalıdır.
2)     Elektronik kart üzerindeki potansiyometre ve jumper gibi ayarlar aynı konumda olmalıdır.
3)     Elektronik kartlarda enerji olmamalıdır.
4)     Birden fazla voltaj konumunda test edilecek ise (cycle modu) programlı malzemeler dışarı alınmalıdır. Şayet programlı malzeme sökülmeyecek ise, 10 Volt. aşılmamalıdır.
5)     Besleme ve toprak kısa devre edilir ise, aynı anda her iki tarafa göre eğriler mukayese edileceğinden farkı bulmak kolaylaşır. Böylelikle istenmeyen kapasitif gürültüler de ortadan kalkmış olur.
6)     Farkın bulunduğu noktaya referans (com) takılır. Bu noktaya göre o noktadaki tüm malzemeler kıyaslanır. Böylece farkın bulunduğu yer lokalize edilmiş ve arızalı malzeme mümkün olduğu kadar devre içinde bulunmuş olur. Unutulmamalıdır ki, elektronik karttan minimum malzeme sökerek (kart ile çok az oynama yaparak) arızanın bulunması esastır. 
7)     Bazen toprağa göre fark gözükmeyebilir. Bu durumda besleme ye göre de kıyaslamak gerekir. Elektronik kartta besleme ve toprak arası kısa devre edilerek aynı anda hem toprak hem de beslemeye bakılır. Bu durumda istenilmeyen kapasitif gürültüler de kaldırılmış olur.
     Elektronik kartların her zaman sağlamı bulunmamaktadır. İki arızalı kart mukayese edilerek de arızalı malzemeler bulunabilir. Arızalı elektronik kartta simetrik devreler varsa kendileri arasında mukayese edilebilirler. Mesela dört adet kanal var ve biri arızalı ise, diğer sağlam bir kana ile kıyaslanarak kolayca arızalı malzeme bulunabilir. Hangi kanalın arızalı olduğu sistem bilgisine sahip teknik personelden alınan yardımla belirlenmelidir. Böylelikle daha kısa sürede arıza belirlenebilir.  
Sadece arızalı kart ile arıza bulmak tecrübe istemektedir. Şüphelenilen malzeme sökülerek devre dışına alınır. Devre dışında ise malzemenin empedans eğri testi kesinlikle doğru neticeyi verecektir. Malzemelerin sağlam ve arızalı empedans eğrilerine hakim olmak gerekir. Malzeme bacaklarının (pinlerinin) ne işe yaradığını internet ortamından datasheet’ lerine bakarak bilmek testi hızlandıracaktır.  
Analog entegrelerin tüm bacakları dijital entegreler kadar aynı eğriyi vermezler. Aynı işlevi yapan bacaklar (3 adet giriş- 8 adet çıkış gibi) kendi aralarında aynı eğriyi vermek zorundadır. Entegre içindeki devre simetrik yapıda olduğundan bir bacağın eğrisindeki çok az değişiklik arızadır. Entegre bacaklarında yukarıda bahsedilen diyot eğrileri görülür. Kısa devre, açık devre veya direnç eğrisi çok görülen arıza eğrileridir.
 
 
Sağlam ve arızalı iki kart Sağlam ve arızalı iki kart Gnd veya Vcc (Besleme) referansına göre, iki kanal üzerinden EFLVI Tester empedans test cihazlarımız ile kıyaslanabilir. Şekilde görülen fark o noktaya bağlı olan bir malzemenin arızalı olduğunu belirtir. Kırmızı eğri (lineer eğri) ‘kanal A’ ve yeşil eğri ‘kanal B’dir. Bu eğri MED1 kademesinde (150 mA.) ve oda sıcaklığında EFLVITester-TFT cihazı ile elde edilmiştir. 
 
Elektronik kart üzerindeki bu nokta bir düğüm noktasıdır Elektronik kart üzerindeki bu nokta bir düğüm noktasıdır, birden fazla elektronik malzeme bağlantısı bulunmaktadır. Bu farkı bulduktan sonra, referans olarak kullanılan test probu düğüm noktasına alınır. Böylelikle farkın bulunduğu bu noktaya testler yoğunlaştırılır. Düğüm noktasına bağlı malzemelerin diğer bacaklarına dokunularak iki kanal üzerinden en fazla farklılığın bulunduğu malzeme tespit edilir. Şüphelenilen malzeme devre dışına alınarak test edilir. Yukarıdaki fark eğrisini bulduğumuz kart üzerinde yapılan empedans testinde BC547 transistör arızası bulunmuştur. Empedans testleri EFLVITester-TFT ile yapılmıştır. Transistörün base pini bir direnç üzerinden 74XXX serisi bir malzemeye gitmektedir. Transistorün devre dışında base-emiter arasında göstermesi gerektiği eğri ve arızalı bulunan eğri şekilde görülmektedir. Yeşil renkli transistör (zener diyot) eğrisi (Kanal B) olması gereken, kırmızı arızalı direnç olmuş eğri (Kanal A)’dir. Arızalanan yarıiletken yapının yanarak (karbonlaşarak) direnç eğrisine doğru gittiği görülmektedir. 
 
elektrolitik bir kondansatörün arızası V-I test cihazları kart tamirinin vazgeçilmez cihazlarıdır. Şekilde elektrolitik bir kondansatörün arızası görülmektedir. Bu iki kondansatör EFLVITESTER-TFT ile mukayese edilmekte ve aralarındaki bariz farklılık görülmektedir. Güzel bir arıza.
 
ELEKTRONİK TEST BAKIM ONARIM ARIZA BULMA VE GİDERME - 3 Sağlam bir trafo ile arızalı trafo eğrilerinin de tam üst üste gelmesi gerekir. Eğer biraz farklılık varsa arızalıdır. Aşağıdaki şekilde sağlam örnek bir trafo eğrisi görülmektedir. 

Trafo eğrisi histerizis eğrisidir. Elektromagnetik alan dersini alan teknik arkadaşlarım hemen bu eğriyi tanıyacaklardır. Zamanımızda oldukça yaygınlaşan SMPS (switch mode power supply) devrelerindeki trafolarda da bu eğri görülür. SMPS trafolarında arızanın giderilmesi için onda kullanılan nüvelerin magnetik özeliklerinin değişmesi söz konusudur. Bu tür trafoların onarımlarını da artık yapabilmekteyiz.
 
Bir transistörde görülen eğriler iki adet zener diyottan farklı değildir Transistör pinlerinde zener ve normal diyot eğrileri görülür. Şekilde gösterilmektedir.

Emiter ve base uçları arasındaki eğri şekilde verilmektedir. Kollektör ve base uçlarından diyot eğrisi görülür. Emiter-Kollektör arasında ise açık devreye yakın eğri görülür. Mosfetlerde drain source arasında görülen diyot eğrisinin ortasında, küçük bir halka (kapasitif etki) görülmelidir. Bu durum mosfetin gate triger yapısında kondansatör yapısı mevcut olduğu içindir. Eğer bu halka yapı görülmüyorsa mosfet arızalanmıştır. 
Şekilde verilen PNP transistörün base (Pulse) ucuna – (negatif) bir DC voltaj yavaş yavaş arttırılarak verilirse, emiter-kollektör arasının V-I test cihazındaki eğrisi bir voltaj değerinde aniden kısa devreye gider. Yani transistörü anahtar olarak çalıştırmış oluruz. Tam kısa devre olacağı anda voltajı arttırmayıp transistörü çakmak ile ısıtırsanız, hızlı şekilde kısa devreye doğru gittiğini görürsünüz. Isının yarı iletkenlerde ne kadar etkili olduğunu canlı şekilde görmüş oluruz. Benzer mantıkla; FET, MOSFET, SCR, thristör vs. gibi tetiklenebilir malzemelerin  gate uçlarından DC veya kare dalga tetiklemeler uygulayarak diğer uçları arasından tetiklenme durumları incelenebilir.

Yazar:
Önder ŞİŞER 
(M.Sc.E.E.E.-Elk.Elektronik Yüksek Mühendisi)
R&E Elektronik Teknik Müdür

Not: Bu yazıların hakkı sayın Önder Şişer ’e aittir. İzinsiz herhangi bir nedenle kullanılamaz.
 
Kitapta kullanılan şekil ve fotoları indirmek için tıklayınız
Makale1_Elektronik_Kart_Tamiri
Makale2_Elektronik_Ariza_Bulma_Teknikleri