LED-Anzeige
Wir kommen zu einem Punkt, der Elektronikern immer wieder begegnet.
Wir haben eine Schaltung aufgebaut und sie funktioniert nicht wie erwartet. Vermutlich haben wir beim Aufbau einen Fehler gemacht. Das passiert nicht nur Anfängern, sondern auch erfahrenen Elektronikern.
Wir befassen uns hier damit, wie wir Fehler in Digitalschaltungen finden können.
Dazu brauchen wir
- eine einfache und zuverlässige Anzeige und
- eine Vorgehensweise bei der Fehlersuche.
Einfache Anzeige des logischen Zustands
Wir wollen den Zustand einer Leitung bzw. Anschlusses in einer Digitalschaltung anzeigen.
Ein digitaler Zustand ist entweder 0 oder 1.
-
Leider ist das nicht alles:
Eine Leitung oder ein Anschluss kann auch nicht angeschlossen, also offen sein.
Die folgende Schaltung zur Anzeige der Zustände ist einfach und kann uns helfen. Sie besteht aus zwei Widerständen und zwei LEDs.
- Eine rote LED zeigt 1 an.
- Eine grüne LED zeigt 0 an.
- Leuchtet keine LED, ist der Anschluss offen.
- Wer die Schaltung in Bild 1 nicht versteht, kann mit dem Aufbau der LED-Anzeige fortfahren. Wir kommen später darauf zurück.
Zwei Widerstände sind zwischen dem Plus-Anschluss +5V und dem Minus-Anschluss oder GND-Anschluss 0V geschaltet. An dem Punkt, an dem die beiden Widerstände verbunden sind, werden zwei LEDs angeschlossen. Die beiden LEDs sind parallel geschaltet. Sie sind allerdings verschieden gepolt.
Der Eingang TP der Schaltung wird verwendet, um einen logischen Zustand zu messen.
Wie diese Schaltung funktioniert, werden wir im Praktikum Logikzustände anzeigen betrachten.
Aufbau der einfachen Anzeige
Für unsere LED-Anzeige benötigen wir nur vier Bauelemente:
- zwei gleiche Widerstände mit 1kΩ mit den Farbringen (braun - schwarz - rot - gold) oder (braun - schwarz - schwarz - braun - braun),
- eine rote LED und
- eine grüne LED
Außerdem benötigen wir ein Steckboard und einige Drahtbrücken.
Im Beispiel wird ein kleines Steckboard verwendet, aber auch größere Steckboards sind geeignet.
Bild 2 zeigt die für die LED-Anzeige benötigten Bauelemente. Ganz links sind die Widerstände zu sehen. Die Anschlüsse müssen auf einen Abstand von 7,62mm, den Abstand von drei Kontaktreihen gebogen und auf etwa 7mm gekürzt werden. Die blauen Widerstände haben fünf Farbringe, der gelbe vier Farbringe.
Die beiden LEDs haben zwei unterschiedlich lange Anschlüsse. Die langen Anschlüsse sind die Anode. Die Anschlussdrähte der LEDs müssen auf etwa 8mm gekürzt werden. Der Anschluss für die Anode sollte dabei etwas länger sein.
Es werden noch zwei Drahtbrücken und das Steckboard benötigt. Außerdem werden noch zwei Leitungen für die Stromversorgung benötigt. Für +5V wird rot und für -0V schwarz verwendet.
Die Prüfleitung TP sollte etwas länger sein.
Bild 3 zeigt den Aufbau auf dem Steckboard. Die Bauelemente und die Anschlüsse sind beschrieben.
Die schwarzen Punkte zeigen, wo sich die Anoden der LEDs befinden.
Logiktester
- Die hier vorgestellte Logik-Anzeige ist für den Anfang geeignet.
- Besser sind Logiktester in Stiftform.
- Sie sind klein und
- haben eine Prüfspitze, die auch die Anzeige enthält.
- Allerdings erfordert der Bau dieser Logiktester Lötkenntnisse.
- Am einfachsten ist der Logiktester mit Transistoren, aber es gibt auch andere Logiktester.
Inbetriebnahme der LED-Anzeige
Nach dem Aufbau wird überprüft, ob keine Fehler aufgetreten sind.
Dann wird die Stromversorgung angeschlossen. Stimmt die Polarität?
Wenn der Eingang TP offen ist, darf keine LED leuchten.
Wenn der Eingang TP mit -0V verbunden wird, sollte die grüne LED leuchten.
Wenn der Eingang TP mit +5V verbunden wird, sollte die rote LED leuchten.
Wir können uns geirrt haben:
- Die Farben der LEDs ist vertauscht.
- Einfach beide LEDs umdrehen.
- Beide LEDs leuchten, wenn TP an -0V liegt.
- Die rote LED umdrehen.
- Beide LEDs leuchten, wenn TP an +5V liegt.
- Die grüne LED umdrehen.
- Beide LEDs leuchten nie.
- Den Aufbau der Schaltung nochmals überprüfen.
- Sind die Widerstände gleich, haben sie den gleichen Farbcode?
- Eine LED leuchtet nie.
- Sind die Widerstände gleich, haben sie den gleichen Farbcode?
- Die LED gegen eine andere ersetzen.
- Den Aufbau der Schaltung nochmals überprüfen.
Mit der LED-Anzeige messen
Die LED-Anzeige ist sehr robust.
- Die Stromversorgung kann vertauscht werden.
- Die LEDs leuchten dann falsch.
- Eine Betriebsspannung von über 20V wird vertragen.
- Die Netzspannung von 230V ist natürlich tabu.
| grüne LED | rote LED | Befund |
| aus | aus | Der Eingang TP nicht angeschlossen oder am Eingang liegt weder 0 noch 1 oder der gemessene Anschluss ist offen |
| an | aus | Am Eingang liegt logisch 0 |
| aus | an | Am Eingang liegt logisch 1 |
| an | an | Am Eingang liegen Impulse mit logisch 0 und 1 |
Fehlersuche
Hier wird beschrieben, wie Fehler in einfachen Digitalschaltung gesucht werden können.
In komplexeren Digitalschaltungen ist es besser, die in
- Fehlersuche in Digitalschaltungen beschrieben.
Fehlersuche
- Den Aufbau der Schaltung genau überprüfen.
- Stimmen die Bauelemente, Werte, Typen?
- Sind die Bauelemente, ICs und LEDs richtig herum eingesteckt?
- Sind alle Verbindungen korrekt?
- Stromversorgung prüfen
Wir prüfen mit der LED-Anzeige
- Bei allen ICs wird geprüft, ob an den Anschlüssen VCC, also den Anschlüssen für die positive Stromversorgung +5V, die rote LED leuchtet.
- Bei allen ICs wird geprüft, ob an den Anschlüssen für 0V oder GND, also den Anschlüssen für die negative Stromversorgung, die grüne LED leuchtet.
-
Wenn das nicht zum Erfolg führt, suchen wir systematisch.
Wir sehen uns die Schaltung an und gehen von Vermutungen aus.
- Oft ist es eine gute Idee, in dem Bereich der Schaltung zu messen, wo der Fehler auftritt. Wir prüfen, ob an den Anschlüssen der erwartete Pegel liegt.
- Wenn Anschlüsse von Bauelementen wie Widerständen oder LEDs direkt mit der Stromversorgung verbunden sind, können sie leicht überprüft werden.
- Unterbrechungen können einfach untersucht werden.
- Wenn an einem Anschluss eines Bauelements ein bestimmtes logisches Signal liegt, können wir leicht überprüfen, ob dieses Signal auch an dem daran angeschlossenen Anschluss dieses oder eines anderen Bauelements liegt.
- Dazu wird die Verdrahtung auf dem Steckboard verfolgt und gemessen.
- Die Unterbrechung liegt meistens zwischen den beiden nicht übereinstimmenden Pegeln. Eine 1 muss überall 1 sein, eine 0 überall 0.
- Kurzschlüsse sind schwierig.
- Wenn der Ausgang eines ICs immer 1 oder 0 zeigt, kann es sein, dass der Ausgang gegen 1 oder 0 kurzgeschlossen ist.
- In diesem Fall hilft es oft, eine Leitung nach der anderen vom Anschluss zu trennen.
- Wenn der Ausgang dann den korrekten Wert zeigt, kann geprüft werden, welche Verbindung den Kurzschluss verursacht.
- Oft ist es dann notwendig, diese Verbindung weiter zu trennen, um den Fehler zu finden.