淺談數字電路實訓中故障的檢查與排除

張彩鳳，王淑紅

（1.太原理工大學，山西 太原 0 30024；2.大同煤炭職業技術學院，山西 大 同 0 37101）

在實訓過程中，出現各種不同的故障是再所難免的，對于一個初學者來說，排除故障是很困難的。因此，通過實訓逐步學會運用所學知識分析、檢查和排除故障的方法就顯得十分重要。根據幾年的教學經驗，我覺得只要掌握了檢查和排除故障的基本方法，查尋實訓中的故障是不難的。

1 故障檢查

下面主要介紹在電路設計和安裝接線圖正確的前提下，對數字電路實訓中出現的故障進行檢查和排除的方法。

1.1 直觀檢查

（1）檢查接線

在數字電路的實訓中，接錯線引起的故障占有很大的比例，有時還會損壞器件。為了避免和減少這方面的故障，應在實訓前畫出正確的安裝接線圖，如發現電路有故障時，應對照安裝接線圖檢查電路的接線有無漏線、多線、斷線和錯線的情況，特別要注意檢查電源線和地線的接線是否正確。

（2）檢查集成器件的連接

首先檢查集成器件插的方向[1]（通常將集成芯片的缺口放左邊）和外引線與其它電路的連線是否正確，有沒有不容許懸空的輸入端未接入電路的情況，如TTL電路的控制端、CMOS電路的輸入端等。

式(2)表示線路限額約束。其中，Ri為轉移側的線路容量；ai為轉移側實際負載率；Li為失電前饋線的負荷量。

（3）如在斷開電源檢查時沒有發現問題，應接通電源進行觀察，看是否有元器件跳火、冒煙，用手摸一下集成器件和其它元器件有無異常發熱和散發異味的現象，電解電容是否發燙等。如發現不正常現象時，應立即切斷電源再進行分析檢查，直到找出故障為止。

1.2 測量電阻[2]

（1）檢查電源

如接通電源后發現電路電源電壓沒有時，則說明電路電源端和地線端間短路。這時應斷開電源，并用萬用表“歐姆×10”檔檢查電路各個電源端對地的電阻值，待排除電路電源的短路故障后才能再接通電源。

（2）檢查元器件

采用測量電阻的方法檢查故障時應斷開電源。通過對連線、電阻、電解電容、二極管、三極管等測量后再進行故障判斷。對于懷疑有問題的導線、電子元器件，應斷開一端，再用萬用表電阻檔進行測量，以判斷電子元器件是否損壞。在檢查大容量電容器（如電解電容器）時，應先用導線將電解電容的正極和負極短路，泄放掉電容器中存儲的電荷后，再用萬用表檢查電容器有沒有被擊穿或漏電是否嚴重，否則，可能會損壞萬用表。在對二極管、三極管和電解電容器進行檢測時，應注意萬用表測試表棒的極性，不能接反，電阻檔的選擇也要合適，否則，測量的結果可能不正確。

1.3 靜態測量

（1）電源電壓測試

用萬用表測電源輸出電壓是否符合要求，如輸出電壓為5V，同時檢查集成電路外引線的電源端和地線端的電壓是否符合要求。

（2）電路測試

使電路處于某一輸入狀態，根據真值表的要求，測量電路的功能是否正確。如發現問題，必須重復測試，然后使電路固定在某一故障狀態下，再用萬用表測量電路各器件的輸入電壓和輸出電壓之間的邏輯關系是否符合要求，從而確定故障點。對于TTL電路，其輸入和輸出電壓的正常范圍見表1。從而可判斷出故障所在位置。

表1 TTL與非門靜態工作時各引出端的電壓值

2 故障排除

2.1 器件替代

對于有多個與輸入端的集成器件，如在實際使用時有多余輸入端時，則可換用其余輸入端進行試驗，以判斷原輸入端是否有問題。如懷疑集成器件有問題時，則可用同型號的集成器件替換，并測試電路的功能是否正確；如替換后工作恢復正常，則說明原器件有問題。

懷疑某個三極管、電阻、電容等元器件有問題時，也可使用同型號的元器件進行替換，以判斷元器件是否完好。如進行元器件替換后，故障消失，恢復正常工作，則說明被替換的元器件有問題；如故障仍然存在，則說明被替換的元器件沒有問題。

應當指出，在進行集成電路和元器件替換的過程中，應切斷電源，嚴禁帶電操作，只有在替換結束后才能通電檢測。

2.2 逐級跟蹤檢查

在輸入端輸入周期性的信號，然后利用示波器按信號流向從輸入到輸出逐級檢查各級輸入和輸出波形是否正常，直到找出故障位置為止。如發現某一級的輸出波形不正確或沒有輸出時，則故障就發生在該級或下級電路，這時，可將級間連線或耦合電路斷開，進行單獨測試。如斷開后，該級電路工作正常，這說明故障出在下級輸入電路；如斷開后，下級電路工作正常，則說明故障出在該級的輸出電路。

2.3 斷開反饋線檢查

對于有反饋線的閉合電路，在必要時，可斷開反饋線檢查各級工作是否正常，再判斷故障點或進行狀態預置后再檢查故障。

2.4 改變輸入狀態，觀察輸出狀態

（1）無論輸入信號如何變化，輸出一直保持高電平不變時，這可能是被測集成電路的地線接觸不良或未接地線。

（2）如輸出信號的變化規律和輸入的相同，則可能是集成電路未加上電源電壓或電源線接觸不良所致。

（3）對于JK觸發器，如不管J、K端的輸入信號如何變化，在時鐘脈沖作用下，電路始終處于計數狀態。這可能是J、K端漏接線，接觸不良或是斷線[3]。

2.5 對于工作頻率高的電路應采取的措施

（1）減小電源內阻，加粗電源輸出線和地線，盡可能地將電源線和地線夾在相鄰輸入和輸出信號線之間，這樣可起到屏蔽作用。

（2）盡量縮短連線長度。

（3）輸出線不要和輸入線靠得太近，輸出線和輸入線也不要和時鐘脈沖線靠得太近。

（4）驅動多路同步電路的時鐘脈沖線，其各路信號延遲的時間盡量接近。

2.6 采用去耦電路[4]

為了防止TTL電路工作時產生的電源尖峰脈沖電流通過電源耦合影響電路的正常工作，應采用去耦電路。通常每隔6-8個門，設置一個高頻和低頻去耦電路，小電容一般為0.01～0.1μF,大電容一般為10～22μF。對于功率門電路，則應單獨設置電源去耦電路。

2.7 注意防止CMOS電路的鎖定效應

所謂鎖定效應[5]是指當CMOS電路工作在較高電源電壓VDD，或輸入、輸出信號由于電路上的原因而大于VDD或小于VSS時，這時可能出現鎖定效應，這是CMOS電路特有的一種失效模式。為了防止這種情況出現，應采取如下措施。

（1）注意加強電源的去耦，加粗電源線和地線。

（2）在不影響電路正常工作時，降低電源電壓VDD。

（3）在不影響電路工作速度的情況下，使電源提供的電流小于鎖定電流（一般鎖定電流在40 mA左右）。

（4）對輸入信號進行鉗位。

3 結束語

以上介紹的是檢查和排除故障的一些基本方法，要真正做到能自如排除故障，還需要認真對待實踐，重視實訓，認真做好預習工作，掌握好理論知識。對于實訓中出現的故障，要冷靜對待，運用所學知識和已有的實踐經驗，根據故障現象進行分析判斷，找出故障。在完成實訓后，也可以做一些模擬故障試驗，這樣才能進一步積累經驗，不斷豐富自己的實踐知識，使自己有較強的解決實際問題的能力。

[1]楊志忠.數字電子技術[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]賀令輝.電工儀表與測量[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]王劍平，李殊驍.電工測量[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[4]胡宴如.模擬電子技術[M].北京：高等教育出版社，2008.

[5]沈雅琴.預防CMOS電路鎖定效應的措施[J].上海航天，1996，（2）：24-28.