К вопросу о невозможном. Ҷасть 3

    Нулевое правило инженера «Чудес на свете не бывает»



    «А убийца — почтальон»


    Продолжим записки Шерлока Омса, и, как всегда, рассмотрим случаи невозможного функционирования электронных устройств. Под катом будет сеанс черной магии с разоблачением.

    Первый случай — обратился ко мне за помощью молодой коллега (если Вы читаете это, Андрей, то спасибо за наводку), которого серьезно озадачило поведение спроектированного им устройства. Помимо всего остального, в устройстве были делители напряжения, сигнал с которых через ФНЧ (резистор 50 кОм и конденсатор 0.2 мкф) подавался на входы АЦП микроконтроллера — смотрим схему на рисунке 1.


    И вот в этой простенькой схеме обнаружилась загадка — на делителе (точка А) измерялось напряжение 3В, а на входе АЦП (точка Б) 2.5В, причем входное сопротивление МК никак не могло привести к подобному результату. Раздумываем над возможными причинами и экспериментируем, поскольку инженер тем и отличается от обычного человека, что «думает руками».

    Версия 1) В свое время у меня был подобный дефект, вызванный присутствием на ножках МК не-отключенных резисторов подтяжки, но простая проверка — оторвать ножку МК от цепи (красный крестик на схеме) — показала, что микроконтроллер не при чем.

    Версия 2) Утечка через конденсатор фильтра — ну, может быть бракованная партия кондеров попалась — убираем и конденсатор (второй красный крестик), и не помогает.

    Версия 3) Утечка по плате — всерьез не рассматриваем, поскольку я не могу поверить в утечку номиналом 2.5/0.5*50=250кОм, это должна быть дико грязная плата, на всякий случай помыли спиртом — не помогло.

    Версия 4) Помеха, например, наводка от сети — «конечно, мальчиков у нас недобор, но не до такой же степени» — 0.5 В на 50к — это не помеха, а помехища (не уверен, что так можно написать, но попробую). Тем не менее, смотрим осциллографом с полосой 200мГц и видим чистую постоянку, так что нет помехи (вернее, нет помехи в диапазоне до 100мГц, но в мощную гига-герцовую помеху я верю еще меньше, радаров рядом не наблюдается).

    Наличествует дефицит дальнейших идей — возможна ошибка измерения (то есть тыкаемся не туда, куда надо) — беру в руки щупы и начинаю измерять сам (до того времени этим занимался мой молодой коллега, я смотрел на табло прибора). А вот и получилось — я намерял с обоих сторон резистора по 3В (ну, вернее, 3 и 2.9, но это одно и то же). Но, когда отдаю щупы и мы снова меняемся местами, эффект возвращается, несмотря на то, что точки измерения остались прежними и, на этот раз, уж точно правильными. Более того, теперь иногда при измерении на делителе видим 2.5В, а на входе МК 3В, что вообще ни в какие ворота не лезет.

    В принципе, информации для определения причины явления достаточно, переходим к следующей задаче.

    Вторая забавная ситуация — приносят нам на ремонт одно изделие, в котором перестал включаться светодиод (схема 2).


    Красный работает, зеленый нет — бывало у нас такое, меняли эти детали и были признаки явного контрафакта, но здесь то изделие работало раньше.

    Недолго думая подключаем тестовое оборудование, подаем сигнал возбуждения на красный минус (за долгие годы работы я так и не запомнил, кто катод, а кто анод, причем для ламп был замечательный стишок «раскаленный наш катод...», а вот для полупроводников я такого не знаю), измеряем прибором в точке А, изначально видим 1.5В, при возбуждении 0 (я не буду дальше указывать вольты) — все нормально.

    Для контроля подаем сигнал для зеленого минуса и смотрим в точке Б, изначально видим 1.5, при возбуждении 0, сигнал доходит, наверное, все таки светодиод. Тем не менее надо осмотреть плюс диода (конечно, резисторы не перегорают, но мало ли), так что меряем в точке В и обнаруживаем -6. Как то странновато, учитывая, что на плату подается единственное питание 3.3.

    Переворачиваем плату и меряем на резисторе (точки Г и Д) — на обоих концах 3.3, так что резистор исправен, значит, все таки неисправен светодиод, но тут замечаем, что он засветился.

    Дефект тривиален — непропай резистора, но что за странное отрицательное напряжение — недрогнувшей рукой сносим резистор вообще (все равно перепаивать), переворачиваем плату — меряем в точке В и опять видим -6. Переворачиваем плату еще раз и меряем в точке Г — 0 (это не ноль в смысле нулевого потенциала), что и ожидалось. То есть в переходном отверстии сидит генератор слабого отрицательного напряжения — «ну ни фига себе пельмешка», так не бывает, неужели уже и в печатные платы стали делать закладки. Опять отбираю у молодого коллеги (на этот раз другого, ничего, что я Вас тут упоминая, Данил?) щупы и сам тыкаюсь в точку Г и вижу -4, что несколько лучше, но по прежнему загадочно.

    Опять информации для понимания происходящего достаточно, те, кому ее по прежнему мало, могут нажать на кнопочку.

    А вот и разоблачение магии, как всегда, естественнонаучное,«я — материалист» (граф Калиостро в редакции Горина).

    В обоих случаях мы имеем дело с принципом Паули о влиянии факта измерения на измеряемый параметр. Считалось, что он проявляется только в микро-мире, но и на макро-уровне его нам удалось наблюдать. Это, конечно, неудачная шутка, но дело именно в измерителе, поскольку в измерениях, кроме прибора, участвовал еще и человек (будем называть его далее измерителем).

    Дело в том, что первая плата была залачена и для доступа к точкам применялся зонд, изображенный на КДПВ. Обычно человек держит измерительный щуп за изолирующую накладку и не влияет на исследуемую схему, но крайне сложно изолироваться от зонда, если Вы не надели перчатки. Да, я знаю, что есть области электротехники, где за подобное поведение мгновенно лишают допуска (и совершенно правильно делают), но мы слаботочники (термин мало-напряженники как то не прижился, хотя лучше отражает суть разграничения) и позволяем себе многое.

    Кстати, по поводу слаботочности — когда я был молодым, были у меня в одном изделии конденсаторы (электролитические, конечно, К50-18) емкостью 100 тысяч мкф на 6.3 (те, кто видел, вспомнят, остальные могут посмотреть картинки в Сети, чтобы оценить масштаб бедствия). Так вот, было у нас развлечение — зарядить его, а потом на клеммы положить отвертку и наблюдать, как из нее выгрызается кусок металла миллиметра на 3. И наблюдалось интересное поведение — мы прекрасно понимали, что напряжение абсолютно безопасно, но все равно после получения снопа искр прикасались к клеммам конденсатора с явной опаской — разум утверждает одно, а инстинкты говорят, что не все так просто и не может эта вещь быть безопасной.

    Возвращаемся к нашим измерениям и делаем вывод, что в первую схему мы должны добавить еще один элемент — измерителя, эквивалентная схема которого для данного случая будет представлена резистором (схема 1а).


    Тогда для молодого коллеги можно рассчитать сопротивление и оно составит 250к — прошу его взять в каждую руку по щупу и действительно видим эту цифру. Для меня соответствующее сопротивление должно составить 2м, что и было блистательно подтверждено экспериментом. Схема, которая спроектирована коллегой, совершенно рабочая и исправно функционирует, просто не следует хвататься голыми руками за что ни попадя.

    Со вторым случаем поинтереснее и наша эквивалентная схема наблюдателя не может ответить, почему напряжение питания не просто уменьшилось, а еще и про-инвертировалось. Нам придется привлечь расширенную модель, где сферический измеритель находится не в вакууме, а в реальной среде, которая характеризуется наличием электромагнитных волн, в первую очередь связанных с сетевым напряжением. Тогда можно рассматривать его как эквивалентный источник сигнала (рисунок 2а):


    И действительно, если взять в руку щуп осциллографа, то этот сигнал можно наблюдать. Частота его составит 50 Гц, форма будет весьма далека от синусоидальной (кстати, а почему далека — я полагаю, что в силу реактивности потребления, но я могу и ошибаться), а вот амплитуда весьма различается от измерителя к измерителю.

    Тем не менее, если мы возьмем в руку щуп прибора, то напряжения не наблюдаем (в режиме измерения постоянного напряжения), поскольку среднее значение наведенного сигнала равно нулю, а на плате показывает отрицательное напряжение. Этот факт прекрасно объясняется наличием в точке подключения плюса исправного диода. Диод гасит на себе положительную полу-волну сигнала с амплитудой более 1.5 и возникает среднее отрицательное значение, которое и индицируется прибором. Поскольку плата не залачена, прибегать к услугам зонда нет необходимости, поэтому с обратной стороны платы просто смотрим щупом и там имеем ожидаемый 0, а на ножках диода мастика, поэтому пользуемся зондом и получаем то, что получаем — наведенное напряжение с отрицательным средним, значение которого зависит от конкретного измерителя, в частности, состояния его кожных покровов (наверняка, еще и от множества других факторов, но не будем на этом заострять внимание, это скорее предмет биологии, а не электроники).

    «Кстати о птичках», когда я писал про 0, я вовсе не имел в виду потенциал земли, а всего лишь отсутствие на щупе сколько нибудь значимого напряжения, то есть обрыв цепи. Сколько нахожусь в профессии, столько мечтаю о приборе, который будет по-разному показывать настоящий ноль и отсутствие сигнала. Если среди читателей данного поста есть изготовители компактных измерительных приборов (что маловероятно, поскольку пишу я не по-китайски), рассматривайте данный абзац, как техническое задание, относящееся также и к щупам для осциллографов. Мне кажется, что данная функция вполне может быть реализована (и не дорого, впрочем, а что наши южные коллеги делают дорого?) при современном уровне развития электроники, но, наверное, я чего то не знаю.

    Вот такие две забавные истории, объединенные главным героем — измерительным зондом в совокупности с измерителем, которые должны напомнить читателю необходимость учитывать все факторы, воздействующие на схему в процессе измерения.

    Only registered users can participate in poll. Log in, please.

    Ваше отношение к прочитанному

    • 24.5%Что ЭТО делает на хабре — это так примитивно40
    • 44.2%Наконец то автор написал что то полезное, хотя и не слишком72
    • 20.2%Срочно заношу в избранное, как можно с Вами связаться, уважаемый гуру?33
    • 11.0%Что ЭТО делает на Хабре — ничего не понял18
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 42

      0
      Пятый вариант: «в лобовую» не в моем профессиональном «стриме», но увлекательно и заставляет задуматься о «человеческом факторе» или «измерителе». Ну и опять же всегда можно провести аналогию к своему виду деятельности.
      Спасибо, было увлекательно и интересно!
        +2
        У меня тоже есть маленькая непонятка.
        Года 2 назад на крыше многоэтажки нашёл самодельный приборчик — бесконтактный приёмник для поиска скрытой проводки, телефонных линий и т.п. Видимо, потеряли телефонисты или ремонтники.
        Он явно долго пролежал под дождями, возможно, пару лет.
        Батарейки в нём, разумеется, сдохли, после их замены приборчик заработал. Но не всё так просто.
        Об одной из батареек и речь.
        Я ещё тогда, проверяя приборчик на работоспособность, померил на всякий случай мультиметром батарейки и удивился. На одной из двух было обратное напряжение, т.е. на плюсе — минус, на минусе — плюс. Правда, небольшое, не больше полувольта.
        Батарейка — обычная щелочная GP, выцветшая от, видимо, влаги.
        Сейчас нашёл эту самую батарейку и сделал пару фото с замером. Напряжение подупало, но эффект всё ещё заметен.
        Вопрос, как такое может быть?
          +5
          Батарейки включены последовательно. В процессе разряда те, которые более живые — перезаряжают самую дохлую в обратном направлении. Ионы через прокладку разделяются и какое-то время после отключения будет обратное напряжение.
          Можете взять дохлую батарейку и попробовать зарядить её небольшим обратным током.
            0
            У меня дома несколько ночников на 3-х батарейках AAA, включенных последовательно. Ставлю я в них как раз щелочные GP, т.к. в ближайшем Ашане среди дешёвых они самые приличные. Так вот в половине случаев, когда ночник перестаёт светить, на двух из батареек напряжение около 1В, а на третьей — отрицательное, от -0,1 до -0,3В. Тоже долго недоумевал по этому поводу, потом списал на качество батареек. Не даром в народе GP расшифровывают, как — Gавно Pолное.
            +7
            Если светодиод представить как -KI-, то со стороны К как раз катод.
              0
              Прикольно, интересная мнемоника, надо запомнить.
              Я всегда вспоминал стишок про катод и электроны, а потом поворачивал ток навстречу.
                0
                Я в детстве до того как рассмотрел в обозначении эту К, рассказывал себе что ток течет по стрелке «Ат анода К катоду»
                А вот с полевиками до сих пор случается туплю где у них что и как включать, да…
                  0
                  Про лампы знаю:
                  Разогретый наш катод
                  Электроны выдаёт
                  И бегут они оравой:
                  Кто налево, кто направо —
                  На анод

                  Если сетка на пути —
                  Электронам не пройти:
                  Отрицательный заряд
                  Возвращает их назад.
                0
                Ахах! Так вот что имел в виду мой препод на лабах… Какой ужас… А я всё это время думал, что это какая-то «советская» маркировка на диодах должна быть, что начинается на КИ… А теперь в печатном виде стало понятнее… через 15 лет-то… Век живи, век учись… дураком помрёшь.
                +1
                Если светодиод представить как -KI-, то со стороны К как раз катод.
                  0
                  Что-то GeekHabr тормозит. Подскажите как удалить последний мой комментарий.
                    +1
                    Удалять нельзя, можно только отредактировать в течение 5 минут, если коммент ошибочный. Например, отредактировать и вместо текста написать «Удалено».
                    +2
                    А статьи интересные — читаю с удовольствием. Пишите ещё.
                      +1
                      Спасибо за статью!

                      На днях нужно было подключить девайс относительно коротким кабелем (около метра всего), но с жилами вынужденно небольшого сечения. Девайс потребляет мало, управляется всего по одному TTL-входу, однако появившегося смещения по GND на конце кабеля всё же хватило.

                      Попутно был найден резистор с маркировкой «1002», хотя ленту кто-то бодро подписал «1к» (ещё Лермонтов писал, что у нас в стране надписям верить нельзя). С SMD были и более вопиющие случаи, когда в начале ленты шли компоненты, видимо, с предыдущей партии, но уже с новой маркировкой. Были брак печатных плат, полупроводники из поднебесной на over 100500A, дохнущие при 2А — вообще классика жанра, если экономить на спичках (хорошо, что корпуса стальные эти спички не прожигали). Бывали и забавные баги в компиляторе (gcc, разные версии и целевые ахитектуры), когда исполняемый код внезапно ломался… Ну, а дебаг традиционно начинаешь с себя любимого))

                      Это, конечно, случаи не касающиеся СВЧ, нежных сигнальных линий соседствующих с изношенными электромагнитными пускателями (звук срабатывания примерно — выстрел из мелкашки) и блуждающих токов на древнем технологическом оборудовании (~60-е годы) с радномным графом заземления.
                        +5
                        Нулевое правило инженера «Чудес на свете не бывает»

                        Зато когда найдёшь такое чудо в железке очень интересно про него рассказывать непосредственному разработчику, который десять раз скажет, что такого не может быть. Потом идём и воспроизводим чудо. Подтягивается заинтересованный народ. Кто понимает фишку момента — реально удивляются. Дальше в зависимости от сложности чуда на него тратится какое-то количество времени подчас не одного инженера. Магия чуда может пропасть за день. А может держаться и не одну неделю.

                        Самое плохое — обнаружение этого чуда, когда всё нормально работает. Потому что когда начинается препарирование этого чуда, порой становится понятным, что нормально работать-то и не должно. Но ведь чудес на свете не бывает! И приходится разбираться в причине почему работает)
                          +3
                          «Чудес не бывает» была любимая поговорка нашего зам.командира по вооружению. У нас стояла советская ЭВМ-М10, штука нежная, но интересная. А он был одним из мега-спецов по ее ремонту. Когда он заходил в тупик с починкой, он восклицал: «нет, ну чудес ведь не бывает» и уходил думать. Возвращался с решением.

                          К слову сказать, если его позвали помочь с починкой, а он починил без этого восклицания (т.е. не получил удовольствия от расследования), то всех ждал разнос за ламерство.
                            0
                            Наш ещё добавлял: «Зато бывают хреновые контакты».
                            0
                            При ковырянии железки ее желательно ПОЛНОСТЬЮ отключить от сети.
                            Детекторный приемник из диода в устройстве и человека с прибором может получиться только в 2х случаях — разные потенциалы на устройстве и приборе/человеке или рядом мощная радиостанция.
                              +2
                              Вся статья тремя словами: «используйте нормальное заземление»
                                0
                                И чем это Вам в первом случае поможет?
                                0
                                за долгие годы работы я так и не запомнил, кто катод, а кто анод

                                Меня учили запоминать так: одинаковое количество букв в словах «анод» — «плюс» и «катод» — «минус».
                                  0
                                  Для меня остаётся загадкой, почему тогда катионы — положительные, а анионы — отрицательные…
                                    0
                                    Такая исторически сложившаяся терминология. В процессе электролиза положительные ионы перемещаются к отрицательному электроду — катоду; отрицательные, соответственно, к положительному — аноду.
                                  +4
                                  Мое краткое резюме статьи: растет уже третье поколение электронщиков, не битых анодным напряжением. ;-)
                                    0
                                    Да с современной техникой и безо всякого анодного напряжения можно эффекты наблюдать от прикосновений к ножкам микросхем. Видимо, совсем неопытный человек был, если ни разу не видел, как от прикосновения пальца к ножкам резета девайс перегружается.
                                      0
                                      Ну тут спецэффекты получает микроконтроллер, а с лампами 3D Surround with 5D Sound получал сам рукосуватель.
                                        0
                                        6П45С на колпачке)
                                        Доктор, я ещё жить буду? :)
                                          0
                                          ИФП-8000. Есть любители сверхбыстрых фотовспышек, если грубо: выше напряжение — быстрее разряд. Напряжения тоже измеряются в кВ, а энергии импульса — в единицах и десятках кДж, соответственно и ёмкости там хорошие. Не то, что руками касаться, так и отвёртками туда лазать не соит))
                                    –2

                                    Игореха — ержи пять

                                      +1
                                      Какой ужас, страшно представить как у вас работают «работающие» приборьі, если вьі измерения делаете гольіми руками.
                                        0

                                        Примитиво. На первом же курсе института нам продемонстрировали — берем цифровой мультиметр, щупы зажимаем пальцами левой и правой рук и измеряем сотни милливольт. "Ура, я батарейка!"
                                        После этого четкое понимание — никогда не прикасайся к токопроводящим частям схемы руками. Иначе не только измеришь все что угодно, но не то, что нужно, но и рискуешь когда-нибудь получить удар током.

                                          +1

                                          Хвататься голыми руками за слаботочные цепи с сотнями килоом и удивляться странным показаниям вольтметра?
                                          Постыдная некомпетентность для инженера-электроника со стажем. Такое надо с киндеров знать! И все это выносится на публику в форме поучительного повествования. Неужели следующее за мной поколение настолько деградировало...

                                            0
                                            Посмотрел в профиль автора — ан, нет, поколение мое. И стало мне совсем печально в этот ясный новый день.
                                            Открыл наугад пост о рабочей точке светодиода, тема хорошо знакома. Просмотрел.
                                            Надо как-то запомнить этот ник, чтобы больше такое не читать и не расстраиваться.
                                              0
                                              Ну, вообще то, я свои посты пишу не для себя и не для Вас, если Вы моего поколения, а для молодых коллег. А вот для них эти знания, как мне кажется и как подтверждается опросами в конце моих постов, совсем не излишни. Ну а Вам, наверное, действительно, не стоит больше читать и расстраиваться.
                                            0
                                            В принципе угадал с третьей строчки что кто-то таки полапал щупы потными ручонками.
                                            От такого неплохо помогает либо получить ат-та-та от платы под напряжением при отладке либо увидеть умерший проц, который ты вот только что закончил распаивать
                                              0
                                              Ну умершие кристаллы мне давно не встречались, видимо, ESD теперь вполне на уровне, а вот получить от платы — многому бы научило, но от 24 не получишь.
                                              0
                                              Нулевое правило инженера «Чудес на свете не бывает»

                                              А первое правило инженера — коллегам верить нельзя, только своим глазам :)
                                                0
                                                Ну вообще то первое я формулирую по другому «Если на устройство подать питание, то оно работает намного лучше, чем, если питание не подавать»
                                                  0
                                                  Есть ещё правило:) У кошки — 4 ноги: вход, выход, земля и питание
                                                    0
                                                    И хвост. Для беспроводной передачи данных.
                                                0
                                                А еще, если вам кажется что то слишком очевидным, то просто вы об этом ничего не знаете.
                                                  0
                                                  вот тут: leoniv.livejournal.com/194681.html интересно про казалось бы всем понятный ADC в МК… Это про конденсатор на входе в т.ч.

                                                  Only users with full accounts can post comments. Log in, please.