Allgemeine Fehlersuche
Hier untersuchen wir, wie wir Fehler in Schaltkreisen finden können.
Zuerst werden wir uns damit beschäftigen, wie wir im Allgemeinen nach Fehlern suchen.
Als Praktiker
- untersuchen wir konkrete Schaltungen und
- verallgemeinern dann unser Vorgehen.
Voraussetzungen
Um Fehler in einem Gerät oder einer Schaltung zu finden, brauchen wir Informationen:
- Wie sieht der Fehler dar?
- Welche Funktion hat das Gerät?
- Was sind Eingaben oder Einstellungen?
- Was bewirken die Eingaben bzw. Einstellungen?
- Was sind Ausgänge bzw. Anzeigen?
- In der Regel wird eine Bedienungsanleitung benötigt.
- Wir benötigen ein Schaltbild des Geräts.
- Wir brauchen mindestens ein Blockschaltbild.
- Oder wir müssen die wenig erfolgreiche Black-Box-Analyse anwenden.
Wir beginnen mit der Fehlersuche in Digitalschaltungen und lernen, wie mit einfachen Geräten Fehler finden.
Die Fehlersuche in Analogschaltungen ist nur mit entsprechenden Messgeräten möglich.
Die Vorgehensweise bei der Fehlersuche ist bei digitalen und analogen Schaltungen gleich.
Wir werden verschiedene Strategien zur Fehlersuche anwenden.
Im Prinzip unterteilen wir die Schaltung in verschiedene Funktionsbereiche ein und wir versuchen den Bereich zu finden, in dem der Fehler liegt. Dieser Bereich wird dann genauer untersucht. Im Praktikum Fehlersuche in Digitalschaltungen werden die wichtigsten Strategien zur Fehlersuche angewendet.
Die Stromversorgung ist Voraussetzung für die Funktion eines Geräts. Daher ist es sinnvoll, bei der Fehlersuche mit der Stromversorgung zu beginnen. Die Untersuchung der Stromversorgung wird im Praktikum zur Fehlersuche in analogen Schaltungen behandelt.
Strategien zur Fehlersuche
1. Zuerst die Stromversorgung überprüfen.
2. Systematisch vorgehen
- von vorne nach hinten
- von hinten nach vorne
- Systematische Halbierung
3. Die Chaos-Methode
- Nur herumstochern führt selten zum Erfolg.
Split-Half-Methode
- Systematische Halbierung
Die untersuchte Schaltung besteht aus mehreren Stufen.
Wir beginnen in der Mitte der Schaltung.
- Wenn die Messung OK ist, gehen wir nach vorne in die Mitte der bisher noch nicht untersuchten Stufen.
- Wenn die Messung nicht OK ist, gehen wir zurück in die Mitte der bisher noch nicht untersuchten Stufen.
Wir wiederholen die Messungen bis der Fehler eingekreist ist.
Faustregeln bei der Fehlersuche
- Wenn das Gerät völlig ausfällt, liegt das Problem in der Regel an einer Fehlfunktion der Stromversorgung.
- Wenn das Gerät bei Erwärmung anfängt zu stören, kann es an Elektrolytkondensatoren liegen. In diesem Fall sollten sie getestet werden.
- Plötzlich auftretende Probleme sind oft auf schlechte Verbindungen zurückzuführen. Die Ursache kann eine kalte Lötstelle sein.
- Ausfälle aufgrund von Verbrennungen, geschmolzenen Bauteilanschlüssen, Rissen in den Bauteilen usw. werden durch Sichtkontrolle und Brandgeruch erkannt.
- Der Schaltplan des defekten Gerätes sollte vorhanden sein,
- andernfalls beschränkt sich die Fehlersuche auf offensichtliche Fehler und Glück:
- Stromversorgung,
- bekannte Bauelemente usw.
Werkzeug
Das wichtigste Werkzeug bei der Fehlersuche ist der Kopf:
- Spekulieren, was es sein könnte.
Grundsätzlich gibt es folgende Fehler-Arten:
- Unterbrechungen,
- Kurzschlüsse und
- defekte Bauelemente.
Unterbrechungen
Unterbrechungen sind am einfachsten zu finden:
Zwischen zwei Punkten wird kein Signal übertragen.
Die Ursache sind oft Leitungsunterbrechungen, insbesondere schlechte Lötstellen.
Eine Leitungsunterbrechung kann mit einem Ohmmeter lokalisiert werden.
- Dazu muss das untersuchte Gerät spannungsfrei sein.
- Das Ohmmeter darf keine Messspannung erzeugen, die Dioden oder Schottky-Dioden leitend macht.
- Der Leitungswiderstand sollte kleiner als 1Ω sein.
- Das erfordert gute Messspitzen.
- Am besten geeignet ist ein Durchgangsprüfer für Elektronikschaltungen, der bei Leitungswiderständen um 1Ω nur Messspannungen unter 20mV benötigt. Ein akustisches Signal ist bei der Prüfung hilfreich.
- Eine Lupe ist meistens erforderlich, um kleine Haarrisse zu erkennen.
Kurzschlüsse
Kurzschlüsse sind sehr unangenehm, da sie nur mit großem Aufwand lokalisiert werden können.
Letztlich müssen immer Leitungen unterbrochen werden. Bei Leiterplatten ist das nicht so einfach. Entweder müssen Leiterbahnen unterbrochen oder Bauelemente ausgelötet werden.
Wenn sich dann nach einer Unterbrechung Werte geändert haben, ist der Kurzschluss eingekreist.
Kurzschlüsse liegen meistens zwischen benachbarten Anschlüssen, Leiterbahnen oder Lötstellen. Diese stehen oft in keinem direkten logischen Zusammenhang. Zum Beispiel kann ein Kurzschluss zwischen einer Eingangs- und einer Ausgangsstufe bestehen.
- Um feine Verbindungen zu erkennen, ist oft eine Lupe nötig.
Defekte Bauelemente
Defekte Bauelemente sind je nach Typ unterschiedlich zu behandeln.
- Widerstände haben meistens Unterbrechungen, selten Änderungen der Werte.
- Kondensatoren weisen häufig Kurzschlüsse, aber auch Unterbrechungen ober Änderungen der Werte auf.
- Elektrolytkondensatoren sind berüchtigt für Kurzschlüsse.
- Dioden fallen selten aus.
- Gleichrichter neigen zu Kurzschlüssen.
- LEDs fallen wie Dioden selten aus.
- Sie verlieren mit der Zeit an Leuchtkraft, besonders wenn sie mit hoher Leistung betrieben werden.
- Kleinsignaltransistoren fallen relativ selten aus.
- Wenn Leistungstransistoren ausfallen, neigen sie zu Kurzschlüssen. Diese Kurzschlüsse führen jedoch wiederum zu Unterbrechungen der internen Bonddrähte.
- Bei ICs handelt es sich in der Regel um Ausfälle interner Elemente oder um Veränderung von Daten.
- Leistungs-ICs haben oft eine geringere Lebensdauer.