试论数字电路实践技能训练中故障的排除

【摘要】在实际生产和日常生活中，数字电路具有广泛的应用。在数字电路的实践技能训练过程中，各种类型的故障层出不穷，对其运行过程的安全性带来了威胁。因此，本文就数字电路以及常见故障的特点进行了分析，并重点研究了数字电路实践技能训练中的常见故障、原因及其排除对策，希望能为数字电路实践技能训练过程中常见故障的检测及排除提供借鉴。

【关键词】数字电路；实践技能训练；常见故障；排除

数字电路作为一门专业的电学学科，可以为实践技能训练提供可靠的理论基础，同时，技能训练也能将理论知识融入到实践中。实际的训练过程中经常会出现故障，包括人为因素造成的主观故障和仪器及设备等引起的客观故障。主观故障可以通过规范化操作、减少不必要失误以及提高专业性知识等方法来减少故障，而客观故障也可以通过定期检查设备与仪器等来降低故障的发生率。分析故障的发生原因并及时解决故障是实践技能训练的重中之重。

1.数字电路的特征及实践中常见的故障

数字电路是处理时间离散信号的电路，元器件将数字电路的状态划分为两种，并以此来显示信息。高电平、低电平和三态门是数字电路的输出方式，前两种更普遍。单元结构简单是数字电路的特点。数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类，组合逻辑电路中电路结构简单、输入输出间无反馈连线，输入信号决定输出，输出没有记忆功能。时序逻辑电路由具有记忆存储功能的触发器构成，输出端信息的反馈才能触发输入端的存储记忆，两者共同决定数字电路的输出。在数字电路中，输入和输出的数量大、组合复杂，这就加大了检测电路的难度，因此，找到一种快速、方便、准确的检测数字电路故障十分有必要，它能大大降低实践技能训练中故障的发生。以下为常见的故障类型：

1.1 永久性故障

很多静态故障均为永久性故障，它们一旦发生，除非认为排除，否则会永久存在于电路中。固体电平故障即为其中一种，它指在电路中某点电平成为固定电平，接地故障时逻辑电平会一直处在0状态上，而短路故障时，逻辑电平会处在1状态上。只有将故障点的电平修复后才能排除此类故障。在CMOS电路中，当输入端出现管栅极未连通悬空或发生断开时，输出端将出现高阻状态，从而引起开路故障，输入输出的高电阻会触发电路间电容的存储效应，造成输出电平处于稳定状。桥接故障发生的原因为根信号之间的短路，焊接不好以及裸线过长都会引起根信号的短路。桥接故障时数字电路的逻辑功能会发生变化。输入输出之间的反馈故障与输入线之间的输入端故障是桥接故障的主要类型。

1.2 间歇性故障

间歇性故障具有发生快、消除快的特点，且具有偶发性、不稳定性。有些故障需要人工排除，例如焊接、引线不牢等问题，电磁干扰类间歇性故障需做好屏蔽等措施。

2.引起故障的因素

2.1 线路安装不合理

线路的铺设中，如果芯片与布线的安装位置不合理，会发生干扰现象。此外，电路安装郭晨各种，桥接、错插、断线等的处理不当，均会引起故障。

2.2 各部件之间的接触问题

在数字电路实践技能训练中，发生最多的故障即为接触不良，故障发生时，电路中的信号不稳定、经常中断，选择高质量的原材料可以降低此类故障的发生。

2.3 设计和规划不当

在选择集成电路时，要考虑实际情况，选择负载力相符的集成电路。如果在一个允许值为20个同类门电路的低电平上安装了超过允许值的电路，就会使电路不能正常工作甚至破坏电路。此外，在设计中还应当考虑集成电路的工作速度、半导体的热稳定性等问题，如果集成电路的工作速度低，不能输出稳定的信号，就会造成故障。半导体器件的功能与工作温度有关，机箱中温度直接决定半导体器件功能的发挥，半导体的热稳定性不好，就会使电路无法正常运行，造成事故。

3.排除方法

3.1 检查与测试

安装前检查设计图是否正确，保证设计合理、科学、无误。检查电路的各个连接处是否存在有断线、错线、漏线等遗留问题，如有问题，寻找故障点并及时排除故障。同时接线是否正确以及电路中有没有发热的地方。仪器测量电阻检查电路是否开路、短路现象，测量元器件以检查元器件是否失效，测量电容检查电容是否损坏等。静态测量电路的各个电压是否出于正常值，若发现故障，尽快找出故障位置。逐级排查电路中输入输出端的信号，上下级电路可以利用单独检查测试的方法，找出故障所在位置。检查闭合电路反馈线路时，可切断线路检查。

3.2 及时替换问题部件

电路中有很多集成器件的输入端发生故障时，可以更换其中部件，然后检查是否是为部件损坏，如更换后能正常工作，即为部件损坏问题。

3.3 设计合理的高频电路布线图

在高频电路的设计中，输入线与输出线应保持合适的距离，不能设计的太近，连线的长度也应当能短则短。选择质量好的电线，降低电源电阻，合理布局电源线与地线。做好屏蔽设施，同步化多个电路的时间脉冲线以保证电路之间的延迟接近。

3.4 在电路中安装去耦电路

电路中的耦合现象会影响电路的正常运行，安装去耦电路，可以避免TTL电路中耦合现象。此外，应在功率门电路中还应安装电源去耦电路。设置10～22uF大电容与0.01～0.1uF的高低频去耦电路，防止耦合现象。

3.5 避免CMOS电路发生锁定效应

在CMOS电路中，经常发生电源电压VDD问题而产生的失效状态，即锁定效应，此时，输出和输入信号小于VSS或大于VDD。安装电源去耦电路，有效的防止电源去耦现象；尽量降低VDD；尽量降低电路电流：钳位输入信号等，可减少CMOS电路中发生锁定效应。

4.结语

数字电路应用的推广，大大满足了电器产品的使用，同时也提高了电器产品的质量和性能。但是在数字电路实践技能训练中仍存在各种各样的故障，它们不仅给电路的安全运行造成了威胁，还影响了数字电路实践技能训练的发展。因此，我们必须将电路故障放在第一位，分析故障的特点、检查故障发生的原因、并及时的寻找解决故障的方法和措施，保证数字电路实践技能训练的安全运行。

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