醫療器械電路維修的基礎知識和維修思路(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 管本身出現問題還是其他電路有問題造成的。三極管的替換一般掌握這么幾個原則，PNP對換PNP,NPN對換NPN,在開關管使用當中放大倍數不需要考慮的，耐壓和電流要重點考慮。在替換過程中，管腳的不一致是經常存在的，不能直接替換的，要么查找相關手冊確定引腳順序再進行替換，要么運用萬用表進行測試，有很多數字表都帶有三極管放大倍數的檢測，有PNP和NPN的測試總共8個插孔，把三極管的引腳通過調換方向就可以在這些插孔中的三個得到一個準確的放大倍數的顯示，而在其他的插孔要么不顯示，要么顯示全段字符。這樣就可以準確的判斷出各個引腳以及這個三極管的好壞。顯示的放大倍數一般都超過100。三端穩壓器，這是最常見的穩壓器，用法極其簡單，輸入輸出均有一個聚酯電容和電解電容作為濾波使用，電容的規格型號完全一樣。，加深一下印象。最常見的就是78系列（正電壓）和79系列（負電壓），這些型號從5v24v都有，78(79)H系列電流為5A，78（79）。三端穩壓器一般用在恒壓電路中，電流隨負載變化而變化，除L系列，其余都有散熱片，要注意的是散熱片并不都是接地的，78系列是散熱片接地，但79系列是輸出接地，因此，在設備上經常看到此類需要散熱片的芯片與穩壓器或者大功率三極管接觸的地方都有類似塑料的東西隔離，這個隔離膜有兩個作用，一個是保證散熱面積接觸良好提高散熱效率，另一個就是避免與地線短路。維修過程中不慎將隔離膜去掉或者丟失，就會造成短路，而無法開機。緊固螺栓有時候也要與芯片或者管子上的散熱片金屬部分隔離，否則也會短路。三端穩壓器可靠性很高，很少損壞，遇到炸開等損壞一般也都是后極電路嚴重短路造成的。這里引出幾個我們初中學過的物理課程，在這個時候我們學習了幾個電路公式U=IR,U是電壓，I是電流，R是電阻，如何應用這個公式呢，我們舉例來說。一臺設備通電就燒掉保險，有時候會燒掉電源上的保險，經常有人問是電源問題還是后面的線路板問題？很簡單，拔下電源到后面板的插頭，電源單獨通電，測量電源輸出看是否有正常的電壓，如果電壓正常，還不能斷定電源就是好的，還要測量一下后面的板子，后面的板子對應的插頭電阻是多少要測量一下，這樣電壓知道了，電阻也知道了就可以通過計算得到答案。例如，電源電壓是5v，7805的三端穩壓，R=U/I=，這個電阻值就是正常的范圍底線，如果你測量出后面的板子電阻有200歐姆那么后面的板子肯定沒有問題，實際上沒有人設計電路會把電源用到飽和的，一般設計成電源功率的一半甚至更低，目的就是保護電源，延長壽命，降低發熱程度。上面的這個例子一般測量到的電阻都是幾十歐姆甚至上百歐姆的。供電電壓越高其連接板的電阻也就越高。后續板子電阻正常出現通電燒毀保險的問題，一般是電源本身的故障造成的，穩壓效果變差，器件老化損壞等等都有可能。有些電源僅提供功率和電壓，那么功率的公式可以推導出很多，P(功率)=UI=U2/R=I2R,通過公式的套用就可以計算出是否正常。 一般維修當中很少測量電流的，原因有兩個，一是電流測量要將萬用表串接到電路中，需要斷開原來的線路，比較麻煩，二是電源都有過流保護，出現電流過大電源首先會保護無法測量。三端穩壓器不接散熱器發熱燙手是正常的，但不接散熱器的情況下不能工作長時間，否則容易損壞，在接上散熱器的情況下發熱嚴重往往預示著電流過大，后續電路有問題。還有的穩壓器不是三端的，而是集成電路樣子的封裝，就是DIP封裝的，8腳甚至更多，這些電源電路一般用于可調電源和恒流電路中，例如LM215,LM317.這里要說明的是，恒流電路的作用，在醫療器械中很多地方需要恒流電路，例如需要穩定光源的地方，血球的HGB比色燈（無論是燈泡還是LED），生化的光源，監護的血氧探頭發射端（現在有專門的芯片提供），血球的計數電壓也是恒流的。恒流的作用可以使用電器件特別是光源不閃爍，輸出穩定的光亮度，這樣后面的接收電路就可以很好的區別開空白和樣本，如果不采用恒流，單純的恒壓是很難辦到的，電壓的波動因素很多也很頻繁，很容易造成接收部分的波動從而得出不穩定的數據。血球的計數恒流電路設計的目的是把電流恒定下來，通過細胞的大小也就是電阻的變化得到電壓也就是脈沖的變化從而達到計數和體積測量的目的。值得一提的是恒流電路非常穩定，很少會損壞。開關電源作為一個部件或者組件在醫療設備中經常見到，大部分開關電源是獨立工作的。開關電源往往設計的非常緊湊，拆卸查找問題的時候難以下手，這是沒有辦法的事情，開關電源都是這么設計的，目的就是為了降低體積。所有輸出都沒有 ，就要檢查電源的輸入，保險，熱敏電阻，壓敏電阻這些保護電路是否有問題，振蕩電路是否起振，振蕩管或者振蕩芯片都是檢查的重點。單純一路沒有輸出反而好檢查一些，單獨這一路的穩壓管或者開關管是檢查的重點，電源上的電解電容損壞也是常見的，開關電源大部分是單面線路板，虛焊脫焊也是常見的。有些人不維修開關電源，直接替換，國產的通用性開關電源質量很好，只要功率合適就沒有任何問題，剩下的就是要考慮安裝空間和尺寸了。在大型的醫療設備中，開關電源不是獨立的，需要與主控板的控制，將開關電源的各個監測信號通知主控板，主控板的控制信號也要指揮開關電源，這樣的電源體積龐大布局密集，采用很多專用的電路和厚膜，這就不是簡單的替換那么好處理了。以前的開關電源無法獨立適用，甚至會燒壞電源，現在設計都提供了假負載，可以單獨測試的。放大器在電路中應用很多，特別是在醫療器械中，信號的采集放大都需要放大器的參與，這是一個很龐大的家族。放大器有幾個顯著的特點可以對檢修提供幫助，由于我們僅僅是維修，所以對電路設計理念可以不予理睬。作為信號采集用的放大器第一級或者前幾級的放大器輸入在沒有信號輸入的情況下一定為0，或者很低的電壓，一般為毫伏級的，如果第一級的輸出幾百毫伏甚至更多，一定要檢查兩個輸入端是否平衡，如果兩個輸入端為0而輸出很高，基本上可以斷定放大器損壞。后續的矯正增益電路輸出不為0是正常的。放大器的工作發熱都很小，如果遇到發熱情況在排除電源接錯的情況下，可以斷定放大器損壞。以前我寫文章講過單運放的芯片被雙運放替換，電源引腳不同造成錯誤因而放大器發燙，這不是設計問題而是維修人員的疏忽造成的。放大器很少單獨使用，很少在電路中使用一個放大器來完成工作，一般都采用24個放大器，可以是單運放，也可以是雙運放或者4運放。單獨在電路中使用一個放大器一個是特殊電路要求，另一個就是充當比較器使用，abx血球上的廢液指示燈電路就是個特例。醫療器械上采用的放大器都是雙電源供電即正負電源供電，有+—12v，+—15v等等，我只見過一個老式 的監護用的是+—18v，到現在也很不理解。這兩組電源都是盡可能的平衡，只要有一路波動較大就會影響整個信號的采集放大，準確性不好、漂移很大等等。放大器的輸入端總是有一路是固定信號另一路是變化量，它們之間一般沒有聯系，但輸入的一路與輸出端有著反饋的聯系。放大器的替換以同型號同尾綴替換為原則。不同型號的放大器其參數可能差別很大，例如op07和tl081，前者精度高噪音低，后者速度快，替換之后會得到不同的放大信號，所以放大器盡可能的不要去替換。在現有的資料中，針對如何判斷放大器的好壞沒有很好的辦法，大部分介紹的都是電阻法，被測放大器每個引腳的間的電阻與正常放大器的對比，或者在線測量兩個相同放大器的對地電阻，這樣做其實不是能很好的判斷。在很多示波器應用的文章里，采用示波器測量放大器效果顯著，前提是有脈沖信號發生，即將脈沖信號接到放大器輸入端，在輸出端測量放大效果。通過萬用表測量輸入端的微弱電壓變化和輸出端的交明顯的電壓變化也可以判斷的，但頻率很高的信號萬用表反應就不是那么明顯了。放大器的輸出在沒有特殊電路的情況下，輸出電壓不可能超過供電電源的電壓，例如雙電源供電+12v，輸入一般是1v以下，那么輸出不會超過或者接近+12v。這僅僅是常規用法，醫療器械上絕大多數都是如此。現在說一下什么是電平，電平信號運用到數字電路當中，區別于模擬電路的信號，有TTL電平和cmos電平之分。什么是TTL電平呢，輸出高電平,輸出低電平。在室溫下。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平=，輸入低電平=。這是TTL電平的概念。CMOS電平是1邏輯電平電壓接近于電源電壓即高電平，0邏輯電平接近于0V即低電平。而且具有很寬的噪聲容限。下面是有關電平的知識。電平轉換電路：因為TTL和COMS的高低電平的值不一樣（ttl 5v＝＝cmos ），所以互相連接時需要電平的轉換：就是用兩個電阻對電平分壓，沒有什么高深的東西。哈哈OC門，即集電極開路門電路，OD門，即漏極開路門電路，必須外接上拉電阻和電源才能將開關電平作為高低電平用。否則它一般只作為開關大電壓和大電流負載，所以又叫做驅動門電路。 這也就是在數字電路中經常會見到電阻，而且會見到電阻排，只是就是為了上拉或者限流用的。3，TTL和COMS電路比較：1）TTL電路是電流控制器件，而s電路是電壓控制器件。2）TTL電路的速度快，傳輸延遲時間短(510ns)，但是功耗大。COMS電路的速度慢，傳輸延遲時間長(2550ns),但功耗低。COMS電路本身的功耗與輸入信號的脈沖頻率有關，頻率越高，芯片集越熱，這是正常現象。3）COMS電路的鎖定效應：COMS電路由于輸入太大的電流，內部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。這種效應就是鎖定效應。當產生鎖定效應時，COMS的內部電流能達到40mA以上，很容易燒毀芯片。防御措施： 1）在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過不超過規定電壓。2）芯片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現瞬間的高壓。3）在VDD和外電源之間加線流電阻，即使有大的電流也不讓它進去。4）當系統由幾個電源分別供電時，開關要按下列順序：開啟時，先開啟COMS電路得電源，再開啟輸入信號和負載的電源；關閉時，先關閉輸入信號和負載的電源，再關閉COMS電路的電源。4，COMS電路的使用注意事項1）COMS電路時電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對干擾信號的捕捉能力很強。所以，不用的管腳不要懸空，要接上拉電阻或者下拉電阻，給它一個恒定的電平。2）輸入端接低內組的信號源時，要在輸入端和信號源之間要串聯限流電阻，使輸入的電流限制在1mA之內。3）當接長信號傳輸線時，在COMS電路端接匹配電阻。4）當輸入端接大電容時，應該在輸入端和電容間接保護電阻。電阻值為R=V0/。5）COMS的輸入電流超過1mA，就有可能燒壞COMS。5，TTL門電路中輸入端負載特性（輸入端帶電阻特殊情況的處理）：1）懸空時相當于輸入端接高電平。因為這時可以看作是輸入端接一個無窮大的電阻。2）在門電路輸入端串聯10K電阻后再輸入低電平，輸入端出呈現的是高電平而不是低電平。因為由TTL門電路的輸入端負載特性可知，只有在輸入端接的串聯電阻小于910歐時，它輸入來的低電平信號才能被門電路識別出來，串聯電阻再大的話輸入端就一直呈現高電平。這個一定要注意。COMS門電路就不用考慮這些了。6，TTL電路有集電極開路OC門，MOS管也有和集電極對應的漏極開路的OD門，它的輸出就叫做開漏輸出。OC門在截止時有漏電流輸出，那就是漏電流，為什么有漏電流呢？那是因為當三機管截止的時候，它的基極電流約等于0，但是并不是真正的為0，經過三極管的集電極的電流也就不是真正的 0，而是約0。而這個就是漏電流。開漏輸出：OC門的輸出就是開漏輸出；OD門的輸出也是開漏輸出。它可以吸收很大的電流，但是不能向外輸出的電流。所以，為了能輸入和輸出電流，它使用的時候要跟電源和上拉電阻一齊用。OD門一般作為輸出緩沖/驅動器、電平轉換器以及滿足吸收大負載電流的需要。接下來就是闡述一下集成電路了。一、數字集成電路的分類數字集成電路有多種分類方法，以下是幾種常用的分類方法。1．按結構工藝分按結構工藝分類，數字集成電路可以分為厚膜集成電路、薄膜集成電路、混合集成電路、半導體集成電路四大類。如圖01所示。世界上生產最多、使用最多的為半導體集成電路。半導體數字集成電路（以下簡稱數字集成電路）主要分為TTL、CMOS、ECL三大類。ECL、TTL為雙極型集成電路，構成的基本元器件為雙極型半導體器件，其主要特點是速度快、負載能力強，但功耗較大、集成度較低。雙極型集成電路主要有 TTL(TransistorTransistor Logic)電路、ECL(Emitter Coupled Logic)電路和I２L(Integrated Injection Logic)電路等類型。其中TTL電路的性能價格比最佳，故應用最廣泛。ECL，即發射極耦合邏輯電路，也稱電流開關型邏輯電路。它是利用運放原理通過晶體管射極耦合實現的門電路。在所有數字電路中，它工作速度最高，其平均延遲時間tpd可小至1ns。這種門電路輸出阻抗低，負載能力強。它的主要缺點是抗干擾能力差，電路功耗大。MOS電路為單極型集成電路，又稱為MOS集成電路，它采用金屬－氧化物半導體場效應管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,縮寫為MOSFET)制造，其主要特點是結構簡單、制造方便、集成度高、功耗低，但速度較慢。 MOS集成電路又分為PMOS(Pchannel Metal Oxide Semiconductor，P溝道金屬氧化物半導體)、NMOS(Nchannel Metal Oxide Semiconductor，N溝道金屬氧化物半導體)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，復合互補金屬氧化物半導體)等類型。MOS電路中應用最廣泛的為CMOS電路，CMOS數字電路中，應用最廣泛的為4000、4500系列，它不但適用于通用邏輯電路的設計，而且綜合性能也很好，它與TTL電路一起成為數字集成電路中兩大主流產品。CMOS數字集成電路電路主要分為4000（4