数字电路的故障诊断与排除

摘 要：本文认真对数字电路故障的分类进行了深入分析、研究与探讨，并结合实际提出了数字电路故障检测与诊断的定位，提出了数字电路常见故障的排除方法。

关键词：数字电路；故障；诊断；排除

中图分类号：TN791 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-02

电路故障是电路的异常工作状态。因为所有的电子元器件都有一个可靠性及工作寿命问题，故出现故障的情况是难免的。因此，每一个电子技术人员应掌握一定的故障分析诊断、查找定位及排除的方法。在进行数字电路故障诊断之前，应该做好两方面的准备工作。首先是知识的准备，必须对数字电路的常用电路类型及相应的工作原理有充分的了解，对其常用的元器件的工作原理及外观、性能等要熟悉，并要掌握数字电路故障诊断的方法和步骤；其次是工具的准备，各种常用的工具和仪器仪表如万用表、逻辑表、示波器、电烙铁、吸锡器等，并掌握其性能及使用方法。

一、数字电路故障分类

数字电路的故障因其产生原因不同，可以分成若干类。

（一）由元器件引起的故障电路中的电阻、电容、电感、晶体管、集成电路等元器件由于质量问题或使用时间过长而导致性能下降甚至损坏变质，电容、变压器的绝缘层击穿等问题最终都将导致该故障元器件失效。这一类故障原因常使电路出现如振荡电路无输出信号、数字逻辑电路有输入信号却没有输出信号的故障现象。

（二）因接触不良而引起的故障电路中的各种接插件接触不牢靠，焊接点的虚焊，开关、电位器接触不良，空气中的有害成分造成的印制电路板或连接线的氧化、腐蚀以及外力冲击造成的机械性损坏等都有可能引起接触不良故障。这类故障现象大多是电路完全不工作或间歇性地停止工作。

（三）人为原因引起的故障。在安装的过程中，元器件的错焊、漏焊，元器件的错误选择，连接线的错接、漏接、多接。在调试的过程中，由于粗心引起的短路或碰撞造成的损坏等，都是由于操作者自身的原因引起的人为故障。此类故障的表现形式往往多种多样，上面提到的各种故障现象都有可能表现出来。

（四）各种干扰引起的故障。数字电路在使用过程中往往会受到一些外界因素的于扰，从而造成电路工作的不稳定。这一类的干扰原因多是以下几类：

（1）直流电源质量较差。数字电路使用的直流电源一般都是由交流电经整流、滤波、稳压得到的。若滤波效果不佳则会在直流成分上叠加上一定的纹波电压，这种纹波电压经某种途径窜入信号电路就会形成交流干扰。

（2）感应和耦合产生干扰。电路连线及其中的电阻、电容等元件之间均存在一定的分布电感和分布电容，这些分布元件的存在使得电路很容易受到外界的放电设备、高频设备等的干扰，导致电路产生寄生振荡，在无输入信号时使组合电路产生一些杂乱输出或使时序电路发生一些错误的状态变化。

（3）电路设计不当产生的干扰。电路设计不当如接地点的阻抗过大、位置不合理等原因均会导致干扰。由各种干扰引起的故障主要表现为输出不稳定或逻辑关系不正确、输出数码显示错误或不显示等。产生故障的原因很多，上述所列的只是一些常见现象。故障发生的情况也很复杂，有的是一种原因引起的简单故障，有的是多种原因相互影响而引起的复合故障。这就需要在掌握一定的故障检测与定位方法的基础上逐步提高排除故障的能力。

二、数字电路常见故障现象

比较常见的故障现象主要有以下几种：

（1）振荡电路无输出信号。

（2）有输入信号却没有输出信号。

（3）电路完全不工作或间歇性地停止工作。

（4）虽然有输出信号，但逻辑关系混乱。

（5）输出不稳定或逻辑关系不正确。

（6）输出数码显示错误或不显示等。

三、数字电路常见故障的检测与定位

数字电路故障的检测与定位指的是：当电路发生故障时，根据故障现象，通过检查、测量与分析查找故障的原因并确定故障的部位，找到发生故障的元器件的过程。一般比较简单的电路，其故障原因往往也比较简单，故障的检测与定位较容易；而较为复杂的电路，其故障往往也较复杂，故障原因的检测与定位相对也就要困难一些。故障的检测与定位是排除故障必需的步骤，必须掌握一定的方法。故障检测与定位的方法很多，实际应用中应根据具体的故障现象、电路的复杂程度、可使用的仪器设备等情况综合考虑使用，并根据电路的原理及实际的经验进行综合判断。这是一项需要积累一定经验才能较好地完成的工作。下面讨论常用的电路故障检测与定位的方法。

（一）直接观察法。所谓直接观察法是指不借助任何的仪器设备，直接观察待查电路的表面来发现问题、寻找故障的方法，一般为静态观察和通电检查两种。其中的静态观察包括：

（1）首先观察电路板及元器件表面是否有烧焦的印迹，连线及元器件是否有脱落、断裂等现象发生。

（2）观察仪器使用情况。仪器类型选择是否合适，功能、量程的选用有无差错，共地连接的处理是否妥善等。首先排除外部故障，再进行电路本身的观察。

（3）观察电路供电情况。电源的电压值和极性是否符合要求，电源是否确实接人了电路等。

（4）观察元器件安装情况。电解电容的极性、二极管和三极管的引线端子、集成电路的引线端子有无错接、漏接、互碰等情况，安装位置是否合理，对干扰源有无屏蔽措施等。

（5）观察布线情况：输入和输出线、强电和弱电线、交流和直流线等是否违反布线原则。静态观察后可进行通电检查。接通电源后，观察元器件有无发烫、冒烟等情况，变压器有无焦味或发热及异常声响。直接观察法适用于对故障进行初步检查，可以发现一些较明显的故障。

（二）参数测试法。参数测试法是借助于仪器来发现问题、寻找故障部位的方法。这种方法可分为断电测试法和带电测试法两种。断电测试法是在电路断电条件下，利用万用表欧姆挡测量电路或元器件电阻值，借以判断故障的方法，如检查电路中连线、焊点及熔丝等是否断路，测试电阻值、电容器漏电、电感器哟通断，检查半导体器件的好坏等。测试时，为了避免相关支路的影响，被测元器件的一端必须与电路断开。同时，为了保护元器件，一般不使用高阻挡和低阻挡，以防止高电压或大电流损坏电路中半导体器件的PN结。带电测试法是在电路带电条件下，借助于仪器测量电路中各点静态电压值或电压波形、支路电流等，进行理论分析，寻找故障所在部位的方法，如检查晶体管静态工作点是否正常，集成器件的静态参数是否符合要求，数字电路的逻辑关系是否正确等。

（三）信号注入法。信号注入法是根据需要在电路输入端加入一个符合要求的信号，按照信号的流程从前级到后级，用示波器或电压表等仪器逐级检查信号在电路内各部分之间传输的情况，分析电路的功能是否正常，从而判断故障所在部位的方法。检测时也可以从输出级向输入级倒推进行，信号从最后一级电路的输入端加入，观察输出端是否正常，然后逐级将信号加入前面一级电路输入端，继续进行检查。注意，只有在电路静态工作点处于正常的条件下，才能使用这种方法。

（四）分割测试法。对于有故障的复杂电路，为了减少测试的工作量，可将电路分成几部分，先找出有故障的部分，然后对有故障的部分再进行对分检测，一直到找到故障点为止。

（五）断开反馈线检查法。对于一些有反馈的环形电路，如振荡器、稳压器等电路，它们各级的工作情况互相有牵连，这时可以采用分割环路的方法，将反馈环去掉，然后逐级检查，可以更快地查出故障部位，对自激振荡现象也可以用这种方法检查。

（六）对比法。怀疑某一电路存在问题时，可找一个相同的正常电路进行比对，将两者状态、参数进行逐项对比，很快就可以找到电路中不正常的参数，进而分析出故障原因并查找到故障点。

（七）替换法。有时故障比较隐蔽，不能很快找到，需做进一步的检查，这时可用已调试好的单元电路或组件代替有疑问的单元电路，以此来判断故障是否在此单元电路。当确定有问题的单元电路时，还可以在该单元电路中采用局部替代法，用确认良好的元器件将怀疑有问题的元器件替换下来。逐步缩小故障的嫌疑范围，最终找到故障点。

四、数字电路常见故障的排除方法

数字电路的故障类型较多，产生的原因也各不相同，因此排除的方法也不一样。

（1）对由元器件引起的故障，当确认了故障元器件之后，只需将故障元器件用新的元器件代替即可。

（2）因接触不良而引起的故障，当找到了故障点之后，重新进行焊接安装或更换接触不好的开关或接插件即可排除故障。

（3）人为原因引起的故障，由于其故障原因缺乏规律性，查找故障点相对困难些。但其出现的对象较有规律性，一般是在新手安装、调试或维修的电路上出现，且是在安装、调试或维修之后就没有正常工作过。当出现这样的现象时就可以初步判定是人为原因引起的故障。此类故障一般使用直接观察法就可以找到故障原因，但需要特别的仔细，需对照电路图耐心地逐个检查元器件连接线、接插件等，直到找到故障原因，及时处理。

（4）对各种干扰引起的故障，要分清原因，根据不同的干扰源，采用不同的对策。

1）直流电源质量不佳产生的干扰，可采用纹波电压小的稳压电源供电或引入滤波电路。

2）感应和耦合产生的干扰，针对感应或耦合产生的原因，可分别采用屏蔽、改变布局关系、改变走线方法、合理选择接地点或增加补偿网络等方法排除。

3）电路设计不当产生的干扰，对此类故障需进行认真的研究和实验来验证，如确认是电路设计不当产生的干扰，就应该修改电路设计，将干扰排除。

参考文献：

[1]马宇飞，罗永芳.数字电路故障诊断及维修方法研究[J].科技资讯，2010，9.

[2]谢涛，何怡刚，侯玉宝.模拟数字电路故障诊断新方法[J].半导体技术，2007，7.

[3]黎飞，周继承，肖庆中.一种数字电路的桥接故障诊断方法[J].科学技术与工程，2007，14.

[4]苏玮.数字电路故障诊断系统接口技术的实现[J].微计算机信息，2007，25.