数字电路实训中故障排除方法的探讨

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摘 要 对于电子专业的学生来说，数字电路的实践技能训练是非常重要的一门课程，然而，在实训当中往往会出现各种各样的故障，那些理论基础不扎实又缺乏实践经验的学生面对故障会不知所措。本文主要对数字电路实践技能训练中比较普遍的故障以及产生故障的原因进行探讨，并介绍了数字电路故障排除的有效方法。

关键词 数字电路；实训；故障；排除方法

中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-104-1

在数字电路实践技能训练中经常会出现各种各样的电路故障，而有些学生由于理论基础不扎实又没有实践经验，根本就不知道如何排除故障。所以，为了确保学生能够顺利地完成实践技能训练这项任务，必须要将学生分析、检查、排除电路故障的能力不断提高，这也是实训能否成功的关键所在。下面对实训中常见的故障、产生故障的原因以及排除故障的方法作简单介绍。

1 常见的故障

1.1 永久故障

永久故障，不言而喻，就是指故障一旦产生就不会自动消失，而会永久地保持下去。要想排除故障，就必须要人为对其修复，大部分静态故障都是该类故障。

1.1.1 固体电平故障

如果有一点的逻辑电平不发生变化，即电平始终为同一个值，我们称这种故障为固体电平故障，接地故障就是比较常见的固体电平故障，此时发生故障的点的电平始终为0。再如，如果在电源或者电路的某一点有短路现象，此时，发生故障的点的逻辑电平则始终为1，也就是电源电压。若没有及时地对这种故障进行解决，则发生故障的点的电平要变成正常值是不可能的。

1.1.2 固定开路故障

固定开路故障是普遍存在于CMOS电子线路中的一种故障，举个例子，如果在CMOS电子线路中的输入管的外引线没有连通其它路而引起悬空或者栅极引线出现断开现象，此时CMOS门电路的输出端的电阻是非常大的，即会发生短路，这样的故障就是开路故障。因为在CMOS门电路中输入电阻和输出电阻都是相当大的，所以，输出电平在某段时间内是不会发生变化的，这是由于门电路输出与下级门电路之间的分布电容有存储电荷的作用。

1.1.3 桥接故障

由两根或者两根以上的信号互相短路而引起的故障就叫做桥接故障，引发该类故障的原因有：印制电路的焊接不小心、裸线部分太长等等，一般而言，桥接故障分为如下几种类型：1）由于输入信号线间的桥接引起的输入端桥接现象；2）输入端和输出端相互连接引起的反馈桥接。桥接故障会使电子线路的逻辑功能发生很大的变化。

1.2 间歇故障

间歇故障的发生具有偶然性，在故障发生的时候很容易引起电路相关功能的出错，但是故障一旦消失，功能就马上恢复了。时有时无是间歇故障的表现形式。如果是虚焊、引线松动等因素造成的间歇故障，则应该要通过人工修理来消除故障，如果是电磁干扰因素造成的间歇故障，则只要对其屏蔽就可以了。

2 出现故障的主要原因

2.1 没有正确安装布线

若在集成电路芯片安置以及布线安置的时候不合理，那么就会带来较大的干扰。尤其是电子元件安装错误、漏断线以及安装时出现桥接、没有适当地处理闲置输入端、没有加入或者错误地加入使能端信号等，都是引发故障的重要因素。

2.2 接触不良

接触不良在数字电路实训中普遍存在也是最容易发生的故障。例如接插件松动、接点氧化、虚焊等等，信号的时有时无是该故障的主要表现，故障的发生也带有一定的偶然性。选取质量较好的接插件，从工艺上确保焊接的质量能有效地减少这种故障的发生。

2.3 在设计的过程中没有对电子线路的参数以及工作条件进行分析

2.3.1 电子线路没有良好的负载能力

一般而言，一个与非门在输出低电平的情况下最多可以带10个同类型的门电路，如果所带门电路数超过了10，则很容易导致输出低电平快速增大，最终会造成电子线路功能的丧失，系统也将无法照常运转。同样，输出高电平如果外接负载也不能有此情况的发生。可以加强电子线路的负载能力。

2.3.2 电子线路没有较高的工作速度

当对电子线路输入一组信号的时候，在电路内部的延时作用下在获得稳定的输出以后，才可以将第二组信号输入进去。若电子线路工作速度过低的话，会引起延时的加长，在输入很高的脉冲频率情况下，则会很容易出现输出不稳定的现象，这种故障是很难查出来的，所以，在设计电路时，要考虑到其工作速度。

2.3.3 半导体器件没有良好的热稳定性

半导体元件的性质与温度有关，主要体现在如下两种情况：1）在开机的时候设备的工作是正常的，由于温度在不断升高，会出现问题，关机冷却后再开机又可以正常地工作；2）温度很低的情况下，出现问题，由于温度不断地升高，又可以正常地工作。因此，在进行设计的过程中可以选择具有良好热稳定性的电子元件来解决该问题。

3 数字电路实训中故障排除方法

3.1 直观检查

线路连接检查和集成器件的连接检查是直观检查两种常见的类型，在实训中，线路接错引起的故障是很普遍的，甚至还可能导致元器件的损坏。因此，要在实训以前把正确的安装接线图画出来，一旦出现故障，就可以对照接线图检查实际电路，看有没有漏线、断线、错线的现象，尤其要注意电源线和地线的接线有没有错误，在检查集成器件的连接情况时，首先要检查外引线和其它路的连接以及集成器件插的方向有没有错误，存不存在不允许悬空的输入端没有接入电路的现象。

3.2 测量电容、电阻等分立元件

先将电源关闭，通过万用表“欧姆*10”档对电源线与地线端间的电阻值进行测量，以把电源输出端与地线端间可能存在开路或者短路的情况排除掉。接下来就要检查元件，在对电解电容器进行检查时，要先把电解电容对地短路，使电容器中的电荷全部释放出来，然后看电容有没有被击穿以及是否存在漏电严重现象，这样可以避免万用表的损坏。

3.3 静态测试

静态测试一般是对电路以及电源电压进行测试。在测试电路时，首先要保证电路处于某一输入状态，对照真值表，对电路的功能进行分析。一旦发现问题，就要再次测量，接着调节电路使之处于某一故障状态，用万用表对各器件的输入电压和输出电压的逻辑关系进行测量，看符不符合要求，最终确定发生故障的点。测试电源电压时，要用万用表对电源的输出电压进行测量，看有没有错误，除此之外，还要对电路外引线的地线端和电源端的电压进行测量，看符不符合要求。

4 结束语

综上所述，了解数字电路实训中常见故障及产生故障的原因，掌握故障排除的方法非常重要，只有这样，才能保证实训的顺利完成。

参考文献

[1]朱大奇.电子设备故障诊断原理与实践[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2]沈艳猛.试述数字电路的故障及其诊断[J].黑龙江科技信息，2011（4）：10-11.