浅谈数字电路实训中故障的检查与排除

张彩凤，王淑红

（1.太原理工大学，山西 太原 0 30024；2.大同煤炭职业技术学院，山西 大 同 0 37101）

在实训过程中，出现各种不同的故障是再所难免的，对于一个初学者来说，排除故障是很困难的。因此，通过实训逐步学会运用所学知识分析、检查和排除故障的方法就显得十分重要。根据几年的教学经验，我觉得只要掌握了检查和排除故障的基本方法，查寻实训中的故障是不难的。

1 故障检查

下面主要介绍在电路设计和安装接线图正确的前提下，对数字电路实训中出现的故障进行检查和排除的方法。

1.1 直观检查

（1）检查接线

在数字电路的实训中，接错线引起的故障占有很大的比例，有时还会损坏器件。为了避免和减少这方面的故障，应在实训前画出正确的安装接线图，如发现电路有故障时，应对照安装接线图检查电路的接线有无漏线、多线、断线和错线的情况，特别要注意检查电源线和地线的接线是否正确。

（2）检查集成器件的连接

首先检查集成器件插的方向[1]（通常将集成芯片的缺口放左边）和外引线与其它电路的连线是否正确，有没有不容许悬空的输入端未接入电路的情况，如TTL电路的控制端、CMOS电路的输入端等。

式(2)表示线路限额约束。其中，Ri为转移侧的线路容量；ai为转移侧实际负载率；Li为失电前馈线的负荷量。

（3）如在断开电源检查时没有发现问题，应接通电源进行观察，看是否有元器件跳火、冒烟，用手摸一下集成器件和其它元器件有无异常发热和散发异味的现象，电解电容是否发烫等。如发现不正常现象时，应立即切断电源再进行分析检查，直到找出故障为止。

1.2 测量电阻[2]

（1）检查电源

如接通电源后发现电路电源电压没有时，则说明电路电源端和地线端间短路。这时应断开电源，并用万用表“欧姆×10”档检查电路各个电源端对地的电阻值，待排除电路电源的短路故障后才能再接通电源。

（2）检查元器件

采用测量电阻的方法检查故障时应断开电源。通过对连线、电阻、电解电容、二极管、三极管等测量后再进行故障判断。对于怀疑有问题的导线、电子元器件，应断开一端，再用万用表电阻档进行测量，以判断电子元器件是否损坏。在检查大容量电容器（如电解电容器）时，应先用导线将电解电容的正极和负极短路，泄放掉电容器中存储的电荷后，再用万用表检查电容器有没有被击穿或漏电是否严重，否则，可能会损坏万用表。在对二极管、三极管和电解电容器进行检测时，应注意万用表测试表棒的极性，不能接反，电阻档的选择也要合适，否则，测量的结果可能不正确。

1.3 静态测量

（1）电源电压测试

用万用表测电源输出电压是否符合要求，如输出电压为5V，同时检查集成电路外引线的电源端和地线端的电压是否符合要求。

（2）电路测试

使电路处于某一输入状态，根据真值表的要求，测量电路的功能是否正确。如发现问题，必须重复测试，然后使电路固定在某一故障状态下，再用万用表测量电路各器件的输入电压和输出电压之间的逻辑关系是否符合要求，从而确定故障点。对于TTL电路，其输入和输出电压的正常范围见表1。从而可判断出故障所在位置。

表1 TTL与非门静态工作时各引出端的电压值

2 故障排除

2.1 器件替代

对于有多个与输入端的集成器件，如在实际使用时有多余输入端时，则可换用其余输入端进行试验，以判断原输入端是否有问题。如怀疑集成器件有问题时，则可用同型号的集成器件替换，并测试电路的功能是否正确；如替换后工作恢复正常，则说明原器件有问题。

怀疑某个三极管、电阻、电容等元器件有问题时，也可使用同型号的元器件进行替换，以判断元器件是否完好。如进行元器件替换后，故障消失，恢复正常工作，则说明被替换的元器件有问题；如故障仍然存在，则说明被替换的元器件没有问题。

应当指出，在进行集成电路和元器件替换的过程中，应切断电源，严禁带电操作，只有在替换结束后才能通电检测。

2.2 逐级跟踪检查

在输入端输入周期性的信号，然后利用示波器按信号流向从输入到输出逐级检查各级输入和输出波形是否正常，直到找出故障位置为止。如发现某一级的输出波形不正确或没有输出时，则故障就发生在该级或下级电路，这时，可将级间连线或耦合电路断开，进行单独测试。如断开后，该级电路工作正常，这说明故障出在下级输入电路；如断开后，下级电路工作正常，则说明故障出在该级的输出电路。

2.3 断开反馈线检查

对于有反馈线的闭合电路，在必要时，可断开反馈线检查各级工作是否正常，再判断故障点或进行状态预置后再检查故障。

2.4 改变输入状态，观察输出状态

（1）无论输入信号如何变化，输出一直保持高电平不变时，这可能是被测集成电路的地线接触不良或未接地线。

（2）如输出信号的变化规律和输入的相同，则可能是集成电路未加上电源电压或电源线接触不良所致。

（3）对于JK触发器，如不管J、K端的输入信号如何变化，在时钟脉冲作用下，电路始终处于计数状态。这可能是J、K端漏接线，接触不良或是断线[3]。

2.5 对于工作频率高的电路应采取的措施

（1）减小电源内阻，加粗电源输出线和地线，尽可能地将电源线和地线夹在相邻输入和输出信号线之间，这样可起到屏蔽作用。

（2）尽量缩短连线长度。

（3）输出线不要和输入线靠得太近，输出线和输入线也不要和时钟脉冲线靠得太近。

（4）驱动多路同步电路的时钟脉冲线，其各路信号延迟的时间尽量接近。

2.6 采用去耦电路[4]

为了防止TTL电路工作时产生的电源尖峰脉冲电流通过电源耦合影响电路的正常工作，应采用去耦电路。通常每隔6-8个门，设置一个高频和低频去耦电路，小电容一般为0.01～0.1μF,大电容一般为10～22μF。对于功率门电路，则应单独设置电源去耦电路。

2.7 注意防止CMOS电路的锁定效应

所谓锁定效应[5]是指当CMOS电路工作在较高电源电压VDD，或输入、输出信号由于电路上的原因而大于VDD或小于VSS时，这时可能出现锁定效应，这是CMOS电路特有的一种失效模式。为了防止这种情况出现，应采取如下措施。

（1）注意加强电源的去耦，加粗电源线和地线。

（2）在不影响电路正常工作时，降低电源电压VDD。

（3）在不影响电路工作速度的情况下，使电源提供的电流小于锁定电流（一般锁定电流在40 mA左右）。

（4）对输入信号进行钳位。

3 结束语

以上介绍的是检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，还需要认真对待实践，重视实训，认真做好预习工作，掌握好理论知识。对于实训中出现的故障，要冷静对待，运用所学知识和已有的实践经验，根据故障现象进行分析判断，找出故障。在完成实训后，也可以做一些模拟故障试验，这样才能进一步积累经验，不断丰富自己的实践知识，使自己有较强的解决实际问题的能力。

[1]杨志忠.数字电子技术[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]贺令辉.电工仪表与测量[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3]王剑平，李殊骁.电工测量[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

[4]胡宴如.模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2008.

[5]沈雅琴.预防CMOS电路锁定效应的措施[J].上海航天，1996，（2）：24-28.