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Allgemeine Fehlersuche in elektronischen Schaltungen und Geräten


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Allgemeine Fehlersuche

Wir betrachten hier, wie wir Fehler in Schaltungen finden können.

Eigentlich wollen wir lernen, wie wir allgemein Fehler suchen.

Als Praktiker

  • wenden wir uns konkreten Schaltungen zu und
  • verallgemeinern dann unsere Vorgehensweise.
Attention work

Voraussetzungen

Um Fehler in einem Gerät oder Schaltung finden zu können, brauchen wir Informationen:

  • Wie stellt sich der Fehler dar?
  • Welche Funktion hat das Gerät?
  • Was sind Eingaben bzw. Einstellungen?
  • Welche Wirkung haben die Eingaben bzw. Einstellungen?
  • Was sind Ausgaben bzw. Anzeigen?
  • In der Regel ist eine Bedienungsanleitung notwendig.
  • Wir brauchen ein Schaltbild des Geräts.
  • Zumindest wird ein Blockschaltbild benötigt.
  • Oder wir müssen die wenig erfolgreiche Black-Box-Analyse anwenden.

Wir beginnen mit der Fehlersuche in Digitalschaltungen und lernen, wie mit einfachen Geräten Fehler gefunden werden können.

Die Fehlersuche in Analogschaltungen gelingt eigentlich nur, wenn entsprechende Messgeräte eingesetzt werden.

Die Vorgehensweise bei der Fehlersuche ist bei digitalen und analogen Schaltungen gleich.

Wir werden verschiedene Strategien der Fehlersuche anwenden.

Im Prinzip teilen wir die Schaltung in verschiedene Funktionsbereiche ein und wir versuchen den Bereich zu erkennen in dem der Fehler liegt. Der erkannte Bereich wird dann näher untersucht. Im Praktikum Fehlersuche in Digitalschaltungen werden die wichtigsten Strategien der Fehlersuche angewandt

Die Stromversorgung ist Voraussetzung für die Funktion eines Geräts. Es macht also Sinn, bei der Fehleranalyse mit der Stromversorgung zu beginnen. Die Untersuchung der Stromversorgung wird im Praktikum zur Fehlersuche in analogen Schaltungen behandelt.

Strategien der Fehlersuche

1. Die Stromversorgung als erstes überprüfen.

2. Systematisch vorgehen

  • von vorn nach hinten
  • von hinten nach vorn
  • Systematisches Halbieren

3. Die Chaos-Methode

  • einfach herumstochern ist selten erfolgreich
Attention pin

Split-Half_Methode

  • Systematisches Halbieren

Die untersuchte Schaltung besteht aus mehren Stufen.

Wir beginnen in der Mitte der Schaltung.

  • Wenn die Messung OK ist, gehen wir nach vorn in die Mitte der bisher nicht untersuchten Stufen.
  • Wenn die Messung nicht OK ist, gehen wir zurück in die Mitte der bisher nicht untersuchten Stufen.

Wir wiederholen die Messungen bis der Fehler eingekreist wurde.

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In einem Gerät mit elf Stufen soll der Fehler eingekreist werden. Dafür sind nur vier Messungen nötig.

Daumenregeln bei der Fehlersuche

  • Wenn das Gerät völlig tot ist, dann liegen die Probleme 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.
  • Die Probleme, die plötzlich kommen und gehen, sind oft auf schlechte Verbindungen zurückzuführen. Der Grund dafür kann eine kalte Lötstelle sein.
  • Ausfälle durch Verbrennungen, Schmelzen der Leitungen von Bauteilen, Risse in den Bauteilen usw. werden durch Sichtprüfung und Brandgeruch erkannt.
  • Die Schaltung des defekten Geräts sollte vorliegen,
  • andernfalls ist die Fehlersuche auf offensichtliche Fehler und Glück beschränkt:
  • Stromversorgung
  • bekannte Bauelemente usw.

Fehler-Arten

Im Prinzip gibt es die Fehler-Arten

  • Unterbrechungen
  • Kurzschlüsse
  • Defekte Bauelemente

Unterbrechungen

Unterbrechungen sind am einfachsten zu finden:

Zwischen zwei Punkten wird kein Signal übertragen.

Die Ursache sind oft Leitungsunterbrechung speziell schlechte Lötstellen.

Eine Leitungsunterbrechung kann mit einem Ohmmeter lokalisiert werden.

  • Klar, dann ist das untersuchte Gerät spannungsfrei.
  • Das Ohmmeter darf dann keine Messspannung erzeugen, die Dioden oder Schottky-Dioden zum Leiten bringen.
  • Der Leitungswiderstand sollte unter 1Ω liegen.
  • Dafür sind gute Messspitzen nötig.
  • Eine Lupe ist meistens notwendig, um kleine Haarrisse zu erkennen.

Kurzschlüsse

Kurzschlüsse sind sehr unangenehm, weil sie nur mit viel Aufwand lokalisiert werden können.

Letztlich müssen immer Leitungen unterbrochen werden. Das ist bei Leiterplatten nicht einfach. Entweder müssen Leiterbahnen unterbrochen oder Bauelemente ausgelötet werden.

Dann, wenn nach einer Unterbrechung sich Werte geändert haben, ist der Kurzschluss eingekreist.

Kurzschlüsse liegen meistens zwischen benachbarten Verbindungen, Leiterbahnen oder Lötstellen. Und die haben aber oft keinen unmittelbaren logischen Zusammenhang. Es kann beispielsweise ein Kurzschluss zwischen einer Eingangs- und Ausgangsstufe liegen.

  • Das wichtigste Instrument für die Fehlersuche ist der Kopf:
  • spekulieren, was vorliegen könnte.
  • Eine Lupe ist meistens notwendig, um feine Verbindungen zu erkennen.

Defekte Bauelemente

Defekte Bauelemente sind je nach Typ unterschiedlich zu behandeln.

  • Widerstände haben meistens Unterbrechungen, selten Änderungen der Werte.
  • Kondensatoren haben oft Kurzschlüsse, aber auch schon mal Unterbrechungen ober Änderungen der Werte.
  • Geradezu berüchtigt sind Elektrolytkondensatoren, die Kurzschlüsse verursachen.
  • Dioden fallen selten aus.
  • Gleichrichter neigen dazu, Kurzschlüsse zu erzeugen.
  • LED fallen wie Dioden selten aus.
  • Sie verlieren besonders, wenn sie mit hoher Leistung betrieben werden, mit der Zeit an Leuchtkraft.
  • Kleinsignaltransistoren fallen relativ selten aus.
  • Wenn Leistungstransistoren ausfallen, neigen sie dazu, Kurzschlüsse zu erzeugen. Allerdings führen diese Kurzschlüsse wiederum zu Unterbrechungen interner Bonddrähte.
  • Bei Integrierten Schaltungen sind es meistens Ausfälle interner Elemente oder Veränderungen von Daten.
  • Leistungs-ICs haben oft eine geringere Lebensdauer.