Allgemeine Fehlersuche
Hier untersuchen wir, wie wir Fehler in Schaltkreisen finden können.
Zuerst beschäftigen wir uns mit der Fehlersuche im Allgemeinen.
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 aus?
- Welche Funktion hat das Gerät?
- Welche Eingänge, Eingaben oder Einstellungen gibt es?
- Was bewirken die Eingänge, Eingaben bzw. Einstellungen?
- Welche Ausgänge oder Anzeigen gibt es?
- In der Regel benötigen wir eine Bedienungsanleitung.
- Wir brauchen 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 man mit einfachen Geräten Fehler findet.
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, 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 eine Voraussetzung dafür, dass ein Gerät überhaupt funktionieren kann. 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 prüfen.
2. Systematisch vorgehen:
- von vorne nach hinten
- von hinten nach vorne
- Systematisches-Halbieren
3. Die Chaos-Methode
- Nur Herumstochern führt selten zum Erfolg.
Split-Half-Methode
- Systematisches-Halbieren
Die untersuchte Schaltung besteht aus mehreren Stufen.
Wir beginnen in der Mitte der Schaltung.
- Wenn die Messung OK ist, gehen wir nach vorne zur Mitte der bisher noch nicht untersuchten Stufen.
- Wenn die Messung nicht OK ist, gehen wir zurück zur Mitte der bisher noch nicht untersuchten Stufen.
Wir wiederholen die Messungen, bis der Fehler eingekreist ist.
Faustregeln für die Fehlersuche
- Wenn das Gerät vollständig ausfällt, liegt das Problem in der Regel an einer Fehlfunktion der Stromversorgung.
- Wenn das Gerät bei Erwärmung anfängt zu stören, kann es an den Elektrolytkondensatoren liegen. Diese sollten in diesem Fall getestet werden.
- Plötzlich auftretende Probleme sind oft auf schlechte Verbindungen zurückzuführen. Eine kalte Lötstelle kann die Ursache sein.
- Ausfälle aufgrund von Verbrennungen, geschmolzenen Bauelementanschlüssen, Rissen in Bauelementen usw. werden durch Sichtkontrolle und Brandgeruch erkannt.
- Der Schaltplan des defekten Gerätes sollte vorhanden sein.
- Ansonsten beschränkt sich die Fehlersuche auf offensichtliche Fehler und Glück:
- Stromversorgung,
- bekannte Bauelemente usw.
Werkzeug
Das wichtigste Werkzeug bei der Fehlersuche ist der Kopf:
- Spekulieren, woran es liegen könnte.
Grundsätzlich gibt es die folgenden Fehlerarten:
- 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 zu untersuchende Gerät spannungsfrei sein.
- Das Ohmmeter darf keine Messspannung erzeugen, die Dioden oder Schottky-Dioden leitend macht.
- Der Leitungswiderstand sollte kleiner als 1 Ω sein.
- Das erfordert gute Messspitzen und gute Prüfspitzen.
- Am besten geeignet ist ein Durchgangsprüfer für Elektronikschaltungen, der bei Leitungswiderständen um 1 Ω nur Messspannungen unter 20 mV benötigt. Ein akustisches Signal ist bei der Prüfung hilfreich.
- Eine Lupe ist meist erforderlich, um kleine Haarrisse zu erkennen.
Kurzschlüsse
Kurzschlüsse sind sehr unangenehm, da sie nur mit großem Aufwand zu lokalisieren sind.
- Es kann durchaus eine Sichtprüfung sinnvoll sein. Mit der Lupe wird nach Folgendem gesucht:
- Zinnbrücken zwischen Pads oder Leiterbahnen.
- Beschädigte oder verbrannte Stellen (braune oder schwarze Flecken).
Kurzschlüsse liegen meist zwischen benachbarten Anschlüssen, Leiterbahnen oder Lötstellen. Diese haben oft keinen direkten logischen Zusammenhang. Zum Beispiel kann ein Kurzschluss zwischen einer Eingangsstufe und einer Ausgangsstufe bestehen.
Letztendlich müssen immer Leitungen unterbrochen werden. Bei Leiterplatten ist das nicht so einfach. Entweder müssen Leiterbahnen unterbrochen oder Bauelemente ausgelötet werden.
- Aber vielleicht hilft die Niederspannungsmethode.
Die Niederspannungsmethode
Die Niederspannungsmethode kann bei der Suche nach Kurzschlüssen helfen.
- Sie vermeidet die Unterbrechung von Leiterbahnen.
- Eine niedrige Spannung (z. B. 0,3 V DC) und einen kleinen Strom (300 mA) an zwei kurzgeschlossene Leiterbahnen legen.
- Die Niederspannung muss über gute Prüfspitzen angeschlossen werden oder
- die Leitungen mit der Niederspannung werden unmittelbar angelötet.
- Mit einem Multimeter wird die Spannung entlang der Leiterbahnen gemessen. In dem Bereich mit der niedrigsten Spannung könnte der Kurzschluss liegen.
Defekte Bauelemente
Defekte Bauelemente sind je nach Typ unterschiedlich zu behandeln.
- Widerstände weisen meist Unterbrechungen, selten Änderungen der Werte auf.
- Kondensatoren weisen häufig Kurzschlüsse, aber auch Unterbrechungen oder Änderungen der Werte auf.
- Elektrolytkondensatoren sind berüchtigt für Kurzschlüsse.
- Dioden fallen selten aus.
- Gleichrichter neigen zu Kurzschlüssen.
- LEDs fallen ebenso 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 wiederum führen zu Unterbrechungen der internen Bonddrähte.
- Bei ICs handelt es sich in der Regel um Ausfälle interner Elemente oder um Veränderungen von Daten.
- Leistungs-ICs haben oft eine kürzere Lebensdauer.