Tìm lỗi mạch điện tử từng bước: quan sát, đo nguồn, chia đôi mạch

Trình tự 6 bước tìm lỗi mạch: mô tả triệu chứng, quan sát mối hàn và breadboard, đo nguồn đúng chỗ, chia đôi mạch, đo linh kiện khi tắt điện, lỗi hay gặp với ESP32 và bảng tra theo triệu chứng.

Lắp xong một mạch mà nó không chạy là chuyện xảy ra với tất cả mọi người, kể cả người có nhiều năm kinh nghiệm. Khác biệt nằm ở cách tìm lỗi: người mới thường tháo hết ra lắp lại, hoặc thay linh kiện theo cảm tính; người có kinh nghiệm đi theo một trình tự, mỗi bước loại trừ một nhóm nguyên nhân. Bài viết tổng hợp trình tự đó: mô tả triệu chứng, quan sát, đo nguồn đúng chỗ, chia đôi mạch để thu hẹp vùng lỗi, đo linh kiện khi tắt điện, và các lỗi hay gặp riêng với ESP32. Đây là lúc dùng lại gần như mọi kiến thức của loạt bài, nhất là cách dùng đồng hồ vạn năng ở bài 7.

1. Trình tự 6 bước

1. Mô tả triệu chứng thật cụ thể. "Không chạy" chưa đủ. Đèn nguồn có sáng không? Mạch hỏng từ đầu hay đang chạy thì hỏng? Lỗi xảy ra mọi lúc hay chỉ khi bật relay, khi trời nóng, khi chạm tay? Câu trả lời thường đã chỉ ra hướng tìm.
2. Quan sát khi đã tắt điện (mục 2): mắt nhìn, mũi ngửi, tay sờ.
3. Đo nguồn trước tiên (mục 3): mạch không có đúng điện áp thì mọi phép đo khác đều vô nghĩa.
4. Chia đôi mạch (mục 4): đo tín hiệu ở điểm giữa đường đi của tín hiệu, mỗi lần loại được nửa mạch.
5. Đo, thay thử linh kiện trong vùng đã thu hẹp (mục 5).
6. Sửa từng chỗ một và thử lại. Sửa nhiều chỗ cùng lúc thì không biết chỗ nào là nguyên nhân, và dễ tạo thêm lỗi mới. Ghi lại đã đo gì, sửa gì.

2. Quan sát: mắt, mũi, tay

• Mối hàn: mối tốt bóng, hình nón trơn ôm lấy chân linh kiện. Mối nguội xám đục, sần, hoặc có vết nứt quanh chân như trong ảnh. Cầu thiếc nối tắt hai chân sát nhau rất hay gặp ở IC chân nhỏ (cách hàn ở bài 8).
• Cực tính và chiều linh kiện: tụ hóa, diode, LED, IC (khấc, chấm chân 1), transistor (thứ tự chân E, B, C khác nhau giữa các mã).
• Dấu hiệu cháy, quá nhiệt: điện trở đổi màu, tụ phồng đầu, IC có vết rỗ, mạch in sẫm màu. Mùi khét là dấu hiệu rất đáng tin.
• Sờ nhẹ ngay sau khi cấp điện vài giây (chỉ với mạch điện áp thấp): linh kiện nào nóng bất thường thường là linh kiện hỏng, cắm ngược, hoặc bị chập phía sau nó.

Trên breadboard, phần lớn lỗi là cắm sai chứ không phải linh kiện hỏng. Nhiều loại breadboard dài có thanh nguồn chia làm hai nửa không nối với nhau (vạch đỏ, xanh bị ngắt ở giữa): cấp nguồn ở nửa trái thì nửa phải không có điện. Lò xo trong lỗ breadboard cũ cũng lỏng dần, cho tiếp xúc chập chờn. Chế độ đo thông mạch (có tiếng bíp) của đồng hồ vạn năng là cách nhanh nhất để kiểm tra một đường nối nghi ngờ, nhớ tắt điện trước khi đo.

3. Đo nguồn đúng chỗ

• Đo khi mạch đang chạy, có tải. Nguồn yếu hoặc dây kém thường vẫn cho đủ điện áp lúc không tải, chỉ tụt khi mạch kéo dòng (ví dụ lúc ESP32 bật Wi-Fi hay relay đóng).
• Đo tại chân nguồn của từng IC, que đen đặt ở chân GND của chính IC đó, không đo ở đầu adapter. Sau đó dò ngược về nguồn: chỗ điện áp tụt nhiều nhất giữa hai điểm đo liền nhau là chỗ có điện trở bất thường (dây mảnh, tiếp xúc lỏng, cầu chì sắp đứt). Theo định luật Ohm (bài 2), 1 Ω tiếp xúc kém với dòng 400 mA đã làm mất 0,4 V.
• Đo dòng tiêu thụ (đồng hồ mắc nối tiếp, bài 7): dòng lớn bất thường nghĩa là có chập hoặc linh kiện cắm ngược; dòng gần bằng 0 nghĩa là mạch hở, chưa được cấp điện.
• Nguồn qua ổn áp: đo cả đầu vào và đầu ra của IC ổn áp. Vào đủ mà ra thiếu thì xem lại sụt áp tối thiểu và nhiệt độ của IC ổn áp (bài 24).

4. Chia đôi mạch

Khi nguồn đã đúng mà mạch vẫn sai, hãy nghĩ về mạch như một chuỗi khối, tín hiệu đi từ khối này sang khối kia. Thay vì đo lần lượt từ đầu, đo ở điểm giữa: tín hiệu ở đó đúng thì lỗi nằm ở nửa sau, sai thì lỗi ở nửa trước. Lặp lại với nửa còn lại. Với 8 khối chỉ cần 3 lần đo, 16 khối cần 4 lần.

Để chia đôi được, phải biết tín hiệu "đúng" ở mỗi điểm trông thế nào: điện áp một chiều bao nhiêu (đồng hồ vạn năng), có xung hay không (LED, đồng hồ đo tần số, máy hiện sóng nếu có). Đó là lý do nên tính trước các điểm làm việc khi thiết kế, như cách các bài trước ghi rõ điện áp mong đợi ở từng nút.

Với mạch có vi điều khiển, phần mềm cũng chia đôi được: in giá trị ra Serial ở từng bước xử lý (đọc cảm biến, sau khi tính toán, trước khi xuất ra) để biết lỗi nằm ở phần nào. Một chương trình thật ngắn chỉ nháy LED hoặc chỉ in giá trị cảm biến cũng giúp tách lỗi phần cứng khỏi lỗi phần mềm.

5. Đo linh kiện khi tắt điện

• Đo trên mạch có thể sai: linh kiện khác mắc song song làm số đo nhỏ hơn thật. Khi nghi ngờ, tháo một chân linh kiện ra rồi đo.
• Tụ lớn có thể còn giữ điện sau khi tắt nguồn: xả qua một điện trở trước khi đo (bài 11).
• Cách chắc chắn nhất với linh kiện nghi ngờ là thay thử bằng một con tốt cùng loại.

6. Lỗi hay gặp với ESP32

7. Bảng tra nhanh theo triệu chứng

An toàn: với mạch có điện 220 V hoặc tụ lớn, rút điện và chờ tụ xả hết trước khi chạm vào. Không đo điện trở, thông mạch trên mạch đang có điện. Cách an toàn khi làm việc với điện lưới có trong bài 5.

8. Xem thêm

• Giao tiếp I2C trên ESP32: quét địa chỉ, đổi chân SDA/SCL và nối nhiều thiết bị.
• Các bài liên quan trong loạt điện tử căn bản: đồng hồ vạn năng (bài 7), breadboard và hàn (bài 8), IC ổn áp (bài 24).
• Bài cuối của loạt: dự án tổng hợp đèn tự bật khi trời tối với quang trở, MOSFET và ESP32.