电路的本性与性状分析

1、电路特征仪强效通用的原由电路性状分析张文张煜东(电路特征仪推广站, 518000)摘要：电学参数应分为电路参数与电信（电能与信号）参数两类，质量能量须分明。对电路本身的研究不足，测试手段欠缺，其学术地位被挤，应当提起重视！电子制造业的实质就是电路制造。要想实施精确制造，推进技术文明，加强电路性状分析的研究，推进电路仪器的创新，势在必行！电路的本性，即原始属性包括两个方面：限量特性与滞变特性。滞变特性的研究，被忽略，有待深入。电路（系统）分析也应是两个方面：电路的能态分析与电路的性状分析。电路特征仪是以电路性状分析为理论依据的、“能所不能、不可替代”的电路仪器新门类。它有一系列产品与配套设施，等

2、待人们来开发；它的应用，涉及电路装置的整个领域。关键词：电路的限量性 电路的滞变性 电路性状分析 信号特征 电路特征 导纳特征仪前言我国是电子信息产业大国，中国制造响誉世界！电路装置（电路板卡）品种之多、数量之大，令人赞叹！然而，一些新动向应予以重视。首先，伴随电子产品的涌入市场，电子垃圾也加速产生！除了正常损坏、新旧替换所产生的之外，也不乏制造过程的废弃产物！一些本可避免的损失，或是技术手段缺失、经营理念模糊等等人为因素造成的！其次，电路装置的售后维修也因测试支持不足，仍处于原始状态：只能拿着万用表，以“师傅带徒弟，经验加拆换”的无奈方式进行有利可图的维修；对难以修复或无利可图的，只好丢弃。

3、这或许由于没有适用的测试工具！第三，原先技术手段完善的测试领域也出现了麻烦：随着产品技术的飞速发展，电子器件的封装，多数由直插变贴片，板卡上的器件密度也与日俱增，导致相当一些测试插座与测试治具无法使用，原来举足轻重的ICT部分失业，代之而来是形形色色、蜂拥而来的AOI！用光学仪器代替电学仪器，是无奈之举吧！能替代得了吗？这些现象，集中说明一个事实：电路测试有缺憾，电路仪器须创新！电路理论也应发展。1、 电路仪器概况与电路特征仪简介电路特征仪是用特征分析法，进行电路测试与诊断的电路仪器。或问：何为电路仪器？电路仪器是能够实施不加电在线测试的电子仪器和设备。欧姆表（万用表的电阻档）和在线测试仪IC

4、T，就属此列。电路特征仪问世之前，电路仪器也就只有这两种。其中,万用表价廉简便，但效力太欠；ICT效力很强，但太贵太专。两者都有较大的局限性。电路特征仪则是效力很强、便捷通用、“能所不能、不可替代”的一类电路仪器。它的原形出于1976年的美国，叫跟踪器Tracker，用于复杂电路故障的诊断，由于价格昂贵，至今鲜为人知。目前，只有美、英、俄、中等国，不多的几个公司制造这类产品。电路特征仪通过测取电路端点的I-V特征，对电路的性状进行对比分析。它的测试原理（如下图）：用电压和频率都可调的正弦扫描电压，通过一可调限流电阻，对被测端点产生激励，引发端点上的响应，即电流依电压的变化而变化。对选定的电路端

5、点，激励条件确定时，其响应是唯一确定的；响应如有变异，意味着电路性状的变异，这必定是电路元件损伤或电路结构变化（短路或断线）所致。这种测试理念与方法，有助于技术人员分析电路的健康状况，找出已经损伤或即将损伤的器件与故障。电路特征仪将测试结果，以曲线图形显示（水平轴为电压，垂直轴为电流）或将数据交计算机处理。下面是一些典型器件的特征曲线、电路端点测取的特征图形与对比分析实例。四种基本元件的典型特征图 三个不同电路端点上测取的特征图形示例对一个测试输入电路进行好坏对比分析的实例电路特征仪简称特征仪，也可称为导纳特征仪。它的优越性突出表现为：1、基本操作只需两个探针，适用于所有的电路与封装，测试对象

6、不加电,通用、简便、安全；2、原理直击电路本性，测试结果能对电路性状作出一个清晰的、形象化的完整描述，结果可信、可移植性强；3、仪器实行三维（Vs、Fs、Rs）的宽量程扫描、好坏交替对比，能抓住其它仪器抓不住的电路问题，方便、有效；4、自动/手动随意，便于配套，扩展性强。目前主要用于复杂电路板卡的维修测试。经过努力，可将它用于电子制造业，从器件测试、品质管理、产品测试修理、直到售后服务的全过程。期盼各界关注、参与！特征仪的应用技术，大有文章，理论探索也有名堂。在寻求特征分析理论依据的过程中，我们发现问题，在此共同探讨。2、 电路性状分析的由来理论源于实践，用于实践。在开发、推广电路特征仪的实践

7、中，我们试图寻求相关的理论依据，以期指导产品开发与应用技术的研究。在探索中我们看到，一种较新的分析方法状态空间法，与电路特征仪的实际原理很接近。它将两维空间中，描述电路性状的一条轨迹，称为状态轨道。它对电路性状作出一个清晰的、形象化的完整描述。回观特征仪上显示的特征图形，或许就是一种所谓的状态轨道！这个过程也使我们学到一个新名词：电路性状。性状在英文中是character，它也可译成特征，也就是说，性状和特征在这里是同意词。电路性状分析就是电路特征分析。市场上有家电医院，学术界也应有相应的电路医学，电路性状分析其实就是一种电路医学理论，它关注的是电路自身的健康状况，并非电路的功能。按说，电路是

8、电流（flow）所经过的路径。电路分析理应着重分析电路（本身）。事实上现有的电路分析论述，基本都是电流（flow）分析，是电能（势能-电压、动能-电流）在电路中的状态分布。电路自身得不到重视，难怪电路仪器严重缺失！具体分析一下，现有电路仪器（ICT和欧姆表）的测试机理，不难看到，在电路测试方面，理论指导的欠缺。就拿最厉害的ICT来说，它实际上是上述偏向功能性电路理论指导下的产物，每项测试都是就事论事，各项措施之间共性很差。难怪它们结构庞杂，造价昂贵，编程复杂，现在又面临失业的难堪。电路特征仪与电路性状分析是实践与理论之间的遥相呼应，会相互促进，不断完善的。鉴于电路分析学科的现状，为让电路自身分

9、析有适当的学术地位，我认为：电路分析应是两个方面：电路的能态分析与电路的性状分析。希望学界重视电路（本身）的理论研究。不要小看它！3、 电路的本性:限量性与滞变性进行电路性状分析，首先要弄清电路本性。下面的图表，示出我对电路本性的粗浅认识:电路的本性，就是它对电流电压的响应。表现为两方面：一是限量；二是滞变。电阻是限量性的根源，欧姆定律就是限量定律。电容、电感则是滞变性的根源，亦可同称滞变元件。限量性，影响电流电压的数量关系，是电量之间的数量关系。这方面的研究很充分。滞变性，影响电量变化的速率，是滞后时间与电量变化率的关系。因电压的变化（du/dt）产生的滞后，时间常数为RC，滞后表达形式应是

10、：T=T（du/dt）。因电流的变化（di/dt）产生的滞后，时间常数为L/R,滞后表达形式应是：T=T（di/dt）。 至今，我没看到，T=T（du/dt）与T=T（di/dt）两者现成的具体关系式。如果真是没有现成的结论，我认为相关的研究应深入下去。因为，滞变性的正确结论，在分析电路构造对传输速率的影响时，很普适，很有用。目前，我们只能将问题提出，看能否起到抛砖引玉的作用？4、电路特征仪何以“能所不能、不可替代”用什么样的理论，出什么样的产品。流行设备运用的功能测试法，源于经典的电路分析方法输入输出法。这是一种“就事论事”的方法。电路特征仪采用的电路性状分析则基于，能给电路的性状作出一个清

11、晰、形象化的完整描述的状态空间法。它也是分析包括非线性电路及时变电路在内的各种电路，唯一的有效方法。电路特征仪的方法论，并非“就事论事”，而是“一概而论”。这就是关键所在！传统的输入输出法造就功能测试型的仪器设备，ICT和欧姆表（数字万用表）就属此类。它们的测试法都是“就事论事”，所以在效能和通用两方面显出各自的欠缺。l 先说数字万用表。它的电阻档就事论事：测试用直流电压，为安全计，多设在0.5V以下，个别高一些也未超过2V，因此，在较高电压下发生的故障（软击穿、高压漏电等）它抓不住；电容和电感它测不了。它倒是挺便利通用，因此市面出现许多用万用表修XXXX的书，介绍以对地电阻经验值，进行故障诊

12、断的方法。这种作法有一定效果，但很有限，原因如前：直流激励、电压太低，许多问题它抓不住，电容电感测不了。电路特征仪则不然：安全便利程度同它相当，但抓电路问题的效力却是能所不能！因为，电路特征仪采取系统、完整的三维（V、I、F）宽量程可调方式，好坏直接对比的方法，自然无与伦比！l 再说ICT。它也有局限，却很厉害。上档次、有规模的电子工厂几乎少不了它。但它结构庞杂、价格昂贵、编程麻烦，性价比和通用性都较低。这里的要害是：它用“就事论事”的功能型测试法，对不同器件用不同测法和程序，各有各的一套。因此，必须配备多组电源、各种信号源、各式测量表计、大型的继电器或电子开关阵列与针床治具。它适合大批量大企

13、业，小批量小企业用不起。这恐怕与经典的输入输出法有关吧？更要命的是，它必须采取“多针测法”，导致近来在相当一些领域，沦落到失业的境地。代之而来的却是光学设备AOI与为数不多的飞针测试仪，这两者依然花销不低效力有限。电路特征仪则全然不同。它与其它仪器不同之处，一是测试对象的分别；二是测试理念的不同：第一，就测试对象而论，多数仪器用于信号测量或逻辑分析，并非用于电路的测试，不属于电路仪器之列。只有能对未加电的电路，进行在线测试的仪器才属电路仪器。它的对象是看得见摸得着的质量型物质电路。相反，示波器、电压表等常见仪器的对象是看不见摸不到的能量型物质信号。能量质量应分清。“不可替代”就是指电路仪器不是

14、其它电信仪器或逻辑仪器所能替代的。反之，也一样。说它“不可替代”是在强调电路仪器的地位。第二，就测试理念而言，同属电路仪器也各不相同。就ICT而言，它是功能测试为主导的，它着眼于各部分电路的功能。功能测试必然是多针方式。对象功能各不相同，所需手段必然多种。电路特征仪则截然不同，它并不在乎功能，只关心电路各个节点的性状。所有节点“一概而论”同样的设备，一样的测法。如此，结构自然简单，造价必然低廉。因此，即便缺乏图纸资料，测试仍能设法进行。这就是说，同属电路仪器，它仍然“能所不能”。与欧姆表相比，它在功效上“能所不能”；与ICT相比，它在通用性和性价比上“能所不能”。几年的实践已经给出证明，下面再

15、讲讲其中的道理。电路仪器的应用领域，大体上分为两类：一是部品检验；二是产品维修。用人体健康比喻：部品检验如常规体检，产品维修似患病治疗。前者是“一概而论、系统全面、防御性的”，后者是“就事论事、治好为止”。进行部品检验时，有图纸资料，出现的问题多是短路、开路、错位、混装等线路装配问题，器件问题较少（器件事前检验）；售后维修时的问题，多是器件损坏。器件损坏多数是“端口型故障”。售后维修往往因缺乏图纸资料而更加困难。电路特征仪以其“三维宽程扫描，好坏性状对比”的方式，即便没有资料，也能成功查找故障节点，容易理解。但是要问：对包含复杂网络的电路板，它何以替代ICT与飞针测试仪，对电路板组装件作出判断

16、？电路特征仪进行复杂网络测试的有效性，是靠下述思路与方法来保证的：首先，复杂的电路网络，从任意两个端点看，都是有一定等效性的二端网络。对于总共有N个节点的网络，一共可以得出N*（N-1）/2个不同等效的二端网络。它们的端口性状集合，就是这个复杂网络的总体健康状况（能否称其总体性状？）。将健康电路所有节点的（性状）特征图，采集存档，作为标准，以备后用。进而，对上述N*（N-1）/2个二端网络，先将有公共端的区分出来，它们形成N-1个端点与一个公共端的N-1个端口。这N-1个端点的性状就是网络整体的健康特征。实际测试时，先测取N-1个对地节点的特征图，用带有专家系统的电脑，与标准图逐一比较，查出全

17、部有变异的节点；进而，对它们进行相关性分析，即可找出故障所在。必要时，才实行全部N*（N-1）/2个特征图的测试分析。电路特征仪可配备三种不同档次的辅助器具：手持笔、扫描器、飞臂机器人。三种配备的测试系统，都可在计算机辅助下进行电路测试，都可在软件上用足工夫，以提高效率。5、结语回味一下：以电路性状分析为主导的电路特征仪，视电路仅为器件的组合，不管不顾其功能，只在乎性状的好坏。无论何种电路、无论作何用途，测试分析同样进行。电路特征仪这种“一概而论”的测试法，不仅简便有效，而且使仪器构造大为简化，制造成本随之降低。电路特征仪这种“重性状，轻功能”的理念，提供了“不加电测试、无图纸诊断” 的可能，测试的安全性与普适性也大为增强。综上所述，电路特征仪的长处是：强效、通用、安全、方便、低廉。其中最突出的特色是