Stromversorgung
Das Beispiel in Bild 1 zeigt eine typische Stromversorgung für ein batteriebetriebenes Gerät:
P-MOSFET als Verpolungsschutz, Spannungsregler und versorgte Bauelemente.
Die Stromversorgung wird am besten mit einem Voltmeter überprüft.
- Vor dem Testen eines Geräts ist es sinnvoll, die Stromversorgung zu überprüfen.
Wenn wir die Schaltung kennen, messen wir die Versorgungsspannung an einem der Bauelemente. Wenn alle Bauelemente an der gleichen Stromversorgung angeschlossen sind, können wir zunächst davon ausgehen, dass die Stromversorgung für alle Bauelemente in Ordnung ist, wenn sie an einem stimmt.
Wie Bild 1 zeigt, liegt die positive Versorgungsspannung meistens an Pin 14, Pin 16 oder Pin 8 der Bauelemente. Das ist der letzte Pin des Bauelements im DIL-Gehäuse, meistens auch bei SMD-Gehäusen. Darauf können wir uns allerdings nicht verlassen, wie z.B. beim 4049.
Die Versorgungsspannung kann - darf - bis zu 10% vom angegebenen Wert abweichen. Am besten prüfen wir noch, ob der Wert an dem Bauelement mit der gemessenen Ausgangsspannung des Spannungsreglers übereinstimmt.
Wenn wir einen Fehler auf ein Bauelement (eine Stufe) eingekreist haben, messen wir die Versorgungsspannung und den Masseanschluss dieses Bauelements, bevor wir weitere Messungen durchführen.
- Bei Digitalschaltungen genügt zunächst ein Logiktester.
Bei positiven Anschlüssen muss die rote LED leuchten, bei negativen die grüne.
Ist die Versorgungsspannung nicht in Ordnung, gehen wir nach unserer Strategie vor.
Typische Fehler in der Stromversorgung
Fehler im Eingangskreis
Das Gerät zeigt keine Funktion.
Wenn ein Gerät keine Funktion zeigt, liegt häufig ein Fehler in der Stromversorgung vor.
- Wir messen an Pin 14 von U2E: 0V
- Ausgang von U1 (Pin 2): 0V
- Eingang von U1 (Pin 3): 0V
- Offensichtlich liegt eine Unterbrechung im Eingangskreis vor.
- Anschluss Uin+ : 9V.
- Ist es der MOSFET Q1?
- Pin 3: 9V, Pin 2: 9V.
-
Die Unterbrechung befindet sich zwischen dem MOSFET und dem LM317:
Sichtkontrolle.
Fehler: Unterbrechung in U+
Das Gerät zeigt keine Funktion.
Wenn ein Gerät keine Funktion zeigt, liegt oft ein Fehler in der Stromversorgung vor.
- Wir messen an Pin 14 von U2E: 0V
- Ausgang von U1 (Pin 2): 5V
- Offensichtlich liegt eine Unterbrechung vor.
- Leider hilft uns das Schaltbild hier nicht weiter.
- Wir brauchen das Layout oder müssen die Platine selbst untersuchen.
- Bei einer Unterbrechung können wir immerhin untersuchen, zwischen welchen Stufen der Fehler liegt.
- Möglicherweise ist nur die Stromversorgung eines Bauteils unterbrochen.
- Dann müssen wir die Platine untersuchen.
- Zuerst suchen wir nach schlechten Lötstellen.
Fehler: Unterbrechung in Masse (0V)
Das Gerät zeigt keine Funktion.
Wenn ein Gerät keine Funktion zeigt, liegt oft ein Fehler in der Stromversorgung vor.
- Wir messen an Pin 14 von U2E: 5V
- Ausgang von U1 (Pin 2): 5V
- Alle Stromversorgungsanschlüsse für U+: 5V
- Ist die Masse, 0V in Ordnung?
- Wir überprüfen die U- Anschlüsse der Bauelemente. Liegt dort 0V?
- Der LM317 hat keinen Masseanschluss. Wir müssen R2 überprüfen. An einem Anschluss liegen 3,75V, am anderen 0V.
- Wenn wir einen oder mehrere Anschlüsse mit abweichenden Spannungen finden, haben wir den Fehler eingekreist.
- Leider hilft uns das Schaltbild hier nicht weiter.
- Wir brauchen das Layout oder müssen die Platine selbst untersuchen.
- Bei einer Unterbrechung können wir immerhin untersuchen, zwischen welchen Stufen der Fehler liegt.
- Leider sind die Masseflächen im Layout von Platinen sehr oft großflächig ausgelegt.
- Es kann sein, dass nur die Stromversorgung eines Bauteils unterbrochen ist.
- Dann müssen wir die Platine untersuchen.
- Zuerst suchen wir nach schlechten Lötstellen.
Fehler: Kurzschluss
Das Gerät zeigt keine Funktion.
Wenn ein Gerät keine Funktion zeigt, liegt oft ein Fehler in der Stromversorgung vor.
- Wir messen an Pin 14 von U2E: 0V
- Ausgang von U1 (Pin 2): 0V
- Liegt Eingangsspannung an Eingang von U1 (Pin 3): 9V
- Ist U1 defekt?
- Oder ist der Ausgang kurzgeschlossen?
- Beim LM317 ober anderen dreibeinigen Spannungsreglern gibt es einen einfachen Test: Bei einem Kurzschluss wird der Regler heiß.
- Wir prüfen vorsichtig mit dem Finger: Der LM317 ist heiß.
Kurzschluss in der Stromversorgung
- Leider hilft uns das Schaltbild hier nicht weiter.
- Wir brauchen das Layout oder müssen die Platine selbst untersuchen.
- Bei einem Kurzschluss müssen wir Leitungen unterbrechen, um den Kurzschluss zu finden.
- Das Unterbrechen von Leiterbahnen ist schwierig und aufwendig.
- Ebenso ist es kaum möglich, den Pin der Stromversorgung von Bauelementen abzulöten.
- Wir müssen leider in den sauren Apfel beißen.
Die fiese Tour mancher Chips
- Wenn die Stromversorgung VDD (Pin 16) des 4518 nicht angeschlossen ist, arbeitet der 4518 im Quarzgenerator-Modul munter weiter.
- Wenn wir Pin 16 mit dem Logiktester überprüfen wird HIGH angezeigt, aber der Anschluss ist dennoch offen.
- Wenn wir die Spannung an dem offenen Pin 16 messen, sehen wir eine Spannung von etwa 4,3V, obwohl die Stromversorgung 5V beträgt.
- Die Ursache ist die interne Schutzschaltung des CMOS-Bausteins 4518.
Wenn an einem Eingang 5V anliegen, wird über die integrierte Diode die Stromversorgung auf 5V-0,6V gelegt. Die Stromversorgung des CMOS-Bausteins erfolgt über den Eingang. Dieses ist bei unserem 4518 der Fall: Enable ist mit +5V verbunden.
Beim Quarzgenerator-Modul hat das keine Auswirkung.
Die Wirkung zeigt sich bei niedrigen Versorgungsspannungen: Obwohl CMOS meistens auch bei 2.5V noch läuft, stellt der 4518 mit offenem Pin 16 schon ab 3V seine Funktion ein.
- Bei seltsamen Fehlern empfiehlt es sich, die Spannung an den Versorgungsanschlüssen der Bauelementen mit einem Voltmeter zumessen.
Fehlersuche beim Aufbau von Schaltungen
Beim Aufbau einer Schaltung können Fehler auftreten, die vom Schema der typischen Fehler im Betrieb abweichen.
Schrittweiser Aufbau
Beim Aufbau sollten wir eine Vorgehensweise anwenden, die das Erkennen von Fehlern erleichtert. Diese Vorgehensweise ist in Pragmatische Vorgehensweise beim Aufbau von Schaltungen unter Iteratives Vorgehensweise beschrieben.
- Wir bauen einen Teil der Schaltung auf und
- testen die Funktion der Teilschaltung
- bevor wir weiterbauen.
Fehler im fertigen Gerät
Als Beispiel suchen wir in einer einfachen Schaltung nach Fehler.
Die Schaltung des Logiktesters mit Impulserkennung ist zwar einfach, aber nicht simpel.
- Wir versuchen, weitgehend ohne Messgeräte auszukommen.
Fehler-Symptome
Wir betrachten verschiedene Fehler:
Wird die Messspitze berührt, leuchten alle LEDs
- Wenn die Messspitze mit einem Finger berührt wird, leuchten alle LEDs: Fehler.
- Es kann vorkommen, dass die blaue LED immer leuchtet, obwohl die Messspitze nicht berührt wird.
- Messspitze an GND/0V: nur die grüne LED leuchtet: OK.
- Messspitze an U+: die rote LED leuchtet, die blaue LED blinkt kurz: OK.
- Offensichtlich gelangen Impulse über den Finger und die Messspitze in den Logiktester.
- Das müssen Störungen aus der Umgebung sein.
- Seltsamerweise treten diese Fehler nicht immer auf.
- Es stellt sich heraus, dass die Ursache am verwendeten Netzgerät liegt.
- Wird ein Steckernetzteil oder ein Tischnetzteil verwendet, leuchten alle LEDs, wenn die Messspitze berührt wird.
- Wird ein Labornetzteil oder einer Batterie verwendet, leuchten die LEDs nicht.
- Die blaue LED kann beim Betrieb des Logiktesters an einem ungeeigneten Netzgerät immer leuchten, obwohl die Messspitze nicht berührt wird.
Nicht jedes Netzgerät ist für Messungen geeignet
Einfache Netzgeräte für Geräte können hohe Spannungen - bis über 100V - gegen Erde führen. Diese Spannungen sind für Menschen und die meisten Geräte ungefährlich, können aber bei Messungen zu Störungen führen und, was noch schlimmer ist, bei unseren Versuchen Bauelemente beschädigen. Siehe: Stromversorgung und Netzgeräte
- Steckernetzteile sind ungeeignet
- Die meisten Tischnetzteile sind ungeeignet
- Batterien sind geeignet
- Labornetzgeräte sind geeignet
Die grüne LED leuchtet schwach
Bei LOW am Eingang leuchtet die grüne LED nur schwach.
- Voraussetzung: Batterie oder Labornetzgerät
- Wie wirkt sich die Versorgungsspannung aus?
- Bei 3V leuchtet die grüne LED kaum wahrnehmbar.
- Bei 5V und 9V leuchtet sie nur schwach.
- Ist der Widerstand R2 zu groß? Kontrolle: 10kΩ, also OK
- Funktioniert Q2?
- Basis von Q2 an GND/0V: die grüne LED leuchtet schwach.
- Kollektor und Emitter von Q2 kurzschließen: die grüne LED leuchtet schwach.
- Q2 ist nicht die Ursache.
- Ist die Spannung an der Z-Diode D1 ausreichend?
- Die Spannung an der Z-Diode beträgt nur 2,4V.
- Z-Diode austauschen: Fehler behoben.
Falsche Bauelemente
Flasche oder fehlerhafte Bauelemente können bei selbstgebauten Geräten zu unerwarteten und suspekten Fehlern führen.