動かないArduino工作や自作センサー基板を前にして、部品を交換する前に確認したいのが「どこまで電気が届いているか」です。テスター 基板 故障診断 方法の基本は、故障らしい部品を当てずっぽうで探すことではありません。回路図、基板、テスターの表示を行き来しながら、正常な場所と異常な場所の境目を少しずつ絞る作業です。
電子工作では、はんだブリッジ、配線ミス、部品の向き違い、電源電圧の不足がよくある原因です。高価な測定器がなくても、デジタルマルチメーターが1台あれば、多くの初歩的な不具合を診断できます。まずは壊さない測定順序を身につけましょう。
基板の故障診断は電源オフから始める
基板に電源を入れたまま抵抗や導通を測ると、テスターや回路を傷める可能性があります。抵抗、導通、ダイオードの各レンジを使うときは、USBケーブル、電池、ACアダプターを外し、基板に残った電荷が抜けるまで少し待ちます。電解コンデンサーを多く使う回路では、特に慎重に扱ってください。
最初に行うのは目視です。焦げ、変色、部品の割れ、浮いたはんだ、コネクターの半挿しを確認します。ICの切り欠きや丸印、ダイオードの帯、電解コンデンサーのマイナス表示を見て、部品の向きも回路図や組み立て図と照らし合わせます。
次に、はんだ面を明るい場所で見ます。隣り合うランドがはんだでつながったブリッジや、リード線が穴に入っているだけではんだが流れていない箇所は、初心者にも経験者にも起こります。虫眼鏡やスマートフォンの拡大撮影を使うと見つけやすくなります。
測定前に回路の基準点を決める
基板診断では、GNDを基準に考える習慣が役立ちます。黒いプローブをGNDに当て、赤いプローブを測定したい場所へ移動させる方法です。Arduino UnoならGNDピン、Raspberry PiならGNDと表示されたピンが基準点になります。
ただし、USB接続されたPCや別電源のモジュールが混ざると、意図しない経路から給電されることがあります。診断中は必要のない機器を外し、どの電源がどの基板へ入っているかを紙に書き出すと、切り分けが速くなります。
テスターを使う基板故障診断の測定順序
作業しやすい順序は、目視確認、短絡確認、導通確認、抵抗・ダイオード確認、通電後の電圧確認です。いきなり電圧を測るよりも、電源投入前に短絡を見つける方が安全です。
1. 電源とGNDの短絡を確認する
テスターを導通レンジ、または低い抵抗レンジに設定します。赤と黒のプローブを先端同士で触れ、ブザーが鳴ることを確認してから、基板のVCCとGNDに当てます。
電源レールとGNDで常にブザーが鳴る、または数Ω程度の極端に低い抵抗が表示される場合は、短絡の疑いがあります。はんだブリッジ、逆向きに実装した部品、表裏を間違えたモジュール配線を優先して確認します。
ただし、低抵抗だから必ず故障とは限りません。大容量コンデンサーは測定開始直後に充電電流が流れ、抵抗値が低く見えることがあります。また、マイコン基板やモータードライバーには内部回路があるため、回路図なしに数値だけで正常・異常を断定するのは危険です。時間とともに値が上がるか、正常に動く同じ基板と比較できるかを見ます。
2. 配線とパターンの導通を追う
導通モードは、断線を探すときに便利です。ジャンパー線なら両端、基板パターンなら接続されているはずの2点にプローブを当てます。ブザーが鳴れば、その間は電気的につながっています。
たとえば、ボタンを押しても入力が変化しないときは、ボタンの端子からマイコンの入力ピンまでを一度に調べるのではなく、ボタン端子、ジャンパー線の両端、ブレッドボードの列、マイコン側の接続点という順に分けます。問題の区間を短くするほど、原因は明確になります。
ブレッドボードには内部でつながっている列と、中央の溝で分かれている列があります。また、電源レールが途中で分断されている製品もあります。「同じ列だからつながるはず」という思い込みを、導通測定で確かめるのが確実です。
3. 抵抗とダイオードを回路の文脈で測る
抵抗器は、色帯または印字の値と測定値を比べます。1kΩの抵抗が約1kΩなら基本的には正常です。しかし基板に実装したまま測ると、並列につながる別の部品の影響を受けます。表示値が設計値より低い場合でも、その抵抗器だけが悪いとは限りません。
抵抗値を厳密に確認したいなら、片側のリードを基板から外して測定します。これは手間がかかりますが、回路から切り離すことで判断が正確になります。熱に弱い部品や細いパターンでは、長時間こてを当てないよう注意しましょう。
ダイオードモードでは、順方向にプローブを当てたときだけ電圧降下が表示され、逆向きではOLなどの表示になるかを見ます。一般的なシリコンダイオードなら順方向はおおむね0.5Vから0.8V程度です。両方向ともほぼ0Vなら短絡、両方向ともOLなら断線の可能性があります。
LEDもダイオードモードで確認できますが、テスターによっては電圧が足りず光らないことがあります。光らないだけで不良と決めず、順方向電圧の表示も確認してください。
通電後は電圧を上流から下流へ追う
短絡や明らかな実装ミスがないことを確認したら、電源を入れて直流電圧レンジで測定します。黒プローブはGNDに固定し、赤プローブで電源の入口から順に追います。USBの5V、レギュレーターの入力側、出力側、各モジュールのVCCという流れです。
5V系の工作なら、電源入力に約5Vが来ているか、3.3Vレギュレーターの出力が約3.3Vかを見ます。ArduinoやRaspberry Piでは、指定外のピンへ高い電圧を入れると故障につながるため、プローブ先端を滑らせないことが大切です。細いピンを測るときは、クリップ付きのリードや絶縁テープで固定する方法もあります。
電源入口は正常なのに下流で電圧が消えるなら、ヒューズ、スイッチ、逆接続保護用ダイオード、コネクター、断線を疑います。レギュレーター入力は正常で出力が低い場合は、レギュレーター不良だけでなく、出力側の短絡や過大な負荷も候補です。部品を交換する前に、出力側を外して電圧が戻るかを確認すると判断しやすくなります。
信号線は「電圧がある」だけでは判定できない
ボタン入力、I2C、UART、PWMなどの信号線は、テスターでは平均的な電圧しか見えないことがあります。PWMでLEDを調光している回路では、テスターに中間的な電圧が表示されても正常な場合があります。
この段階では、テスターは配線、プルアップ抵抗、電源供給の確認に使い、信号の波形や通信内容まで確認したい場合はロジックアナライザーやオシロスコープを使います。それでも最初の診断をテスターで行う価値は大きく、そもそもGNDが共通でない、センサーに電源が来ていない、といった問題を先に除外できます。
記録すると故障診断は再現できる
測るたびに値を覚えるより、基板の写真や回路図に「電源入力 5.02V」「レギュレーター出力 0.18V」のように書き込みましょう。正常な状態の測定値も残しておけば、次に同じ作品を作るときの基準になります。学校の自由研究や親子の電子工作でも、直した結果だけでなく、どの順番で原因を絞ったかが学びになります。
テスターは、故障を一瞬で言い当てる魔法の道具ではありません。けれど、電源からGND、配線、部品、信号へと順番に確認すれば、動かない基板は十分に対話できる対象になります。測定の一つひとつを記録しながら、自分の手で原因を見つけ、次の作品をもっと確実に動かしていきましょう。
