高職數字電路實驗故障檢測與排除方法的探究

姚聰　賈秀玲　王健

摘 要 在數字電路實驗教學中，學生會出現各種實驗故障，導致實驗無法按預期順利進行，教師如果不能在課堂上有效地指導學生排除故障，就難以按計劃完成課堂教學任務，本文根據數字電路實驗教學中積累的經驗，對一些常見故障產生的原因及排除方法進行總結，并提出培養高職生實驗技能與常見故障排除能力的必要性。

關鍵詞 數字電路 實驗故障 檢測 排除方法

數字電路是高職應用電子技術專業的一門專業基礎課程，它具有很強的實踐性、工程應用性，因此實驗課程在數字電路教學中占有舉足輕重的地位。但是實驗中不出故障幾乎是不可能的，為了保證實驗教學的質量，達到高職教育為企業培養懂管理的高技能型人才的目標，培養和提高學生分析故障、排除故障的能力已成為教學中急需解決的問題。

1數字電路實驗技巧及故障產生的原因

數字電路實驗可以分為驗證性實驗和課程設計實驗，對于初次學習數字電路課程的同學來說，很難做到不出差錯、一次性順利調試通過。如果按照設計好的電路進行組裝調試，結果并不能實現其邏輯功能，那就說明電路有故障。故障產生的因素很多，有實驗設備方面的客觀因素，也有學生操作的主觀因素。結合在實驗教學中高職生遇到的問題及故障產生的原因，探究數字電路實驗技巧及常見故障的檢測與排除。

數字電路實驗中首先要明確實驗目的，搞清實驗原理，掌握實驗技能和方法，分析實驗數據并處理實驗結果，完成實驗報告。決定實驗能否成功的關鍵環節就是方案設計和電路的制作與調試，初學者只要能掌握這些技巧在關鍵環節不出差錯，實驗就能成功。盡管教師反復強調這些實驗技巧和注意事項，但是由于學生的個體差異每次實驗中出現的故障是五花八門，這些故障固然有實驗設備和實驗器件自身的因素，但大多數由人的主觀性造成的，如常識性、技術性操作錯誤。常見的故障產生的原因可歸納為以下幾點：

1.1電路設計錯誤

電路設計中單元電路有錯誤或系統電路有錯誤。主要原因可能是沒有理解設計要求，精心分析設計電路，考慮問題不周全就會在電路設計中出錯。

1.2元器件及安裝問題

數字電路一般由多個元器件構成，每個元器件參數都有不同要求，如果任何一個元器件參數不符合設定值，就可能使設計電路的功能出現故障。除了人為調整器件參數外，還有老化、運行溫度的變化等因素。此外元器件損壞或安裝有錯誤，比如集成芯片插錯、引腳折彎引腳間短路、連接處有接觸不良；二極管、三極管、電容極性等接反等問題。

1.3布線問題

電路布線有錯誤，包括錯線（連線一端正確，另一端錯誤；連線亂接）、少線（安裝時完全漏掉的線）和多線（連線的兩端在電路圖上都是不存在的）。電路布線正確是電路功能正常的必要條件，因為一個電路有多個元器件，這就使布線比較復雜，不太容易操作，只要有一條線出現錯誤，就會導致電路出現故障，所以布線要認真而且合理。清楚和規則的布線有利于實現電路功能和排查故障。

1.4焊點問題

焊點存在虛焊、漏焊、橋接的問題，這個問題也是實驗中最難查找的。

1.5電源供電、信號線有誤

電源的接線有錯誤，正負極接反、漏接或電源端對地短路；信號源連線不正確。受潮、短路、斷路、燒損等致使數字電路功能無法實現。

1.6測試方法問題

測試方法不對是學生常犯的錯誤，主要原因是對實驗電路的原理沒理解透徹，實驗目的不明確，不會使用儀器儀表（穩壓電源、示波器、脈沖信號發生器、萬用表），對各種測試方法并不是很了解，例如，在驗證TTL邏輯門功能實驗中，要測量與非門電路的的輸出高電壓和低電壓，萬用表需要撥到直流電壓檔測試，有的學生就用交流檔測量其電壓，在測試過程中，發現電壓表的讀數不穩定，學生不知道如何解決，誤認為儀表有問題。

2數字電路實驗故障排除方法

在數字電路實驗中要想快速排除故障，就需要學生對常見故障的處理非常熟悉，但這一要求對初學者來說還是有一定難度的。因此，我們總結了實驗教學中積累的一些經驗，希望對學生有一定的幫助。

2.1觀察法

觀察法就是不使用儀器儀表測量，憑借人的眼睛、感官來識別故障產生的原因。初學者組裝電路時由于沒有經驗，會在工藝存在一些明顯的失誤，造成短路、斷路、元器件燒壞等故障，部分原因可通過肉眼觀察到。例如：集成芯片插錯方向、引腳有無折彎、芯片的使能控制端處理是否正確、二極管和三極管極性有無接反、電容極性有無接錯、燒焦（糊）、發燙、斷線、虛焊、漏焊等現象。這種方法的缺點就是有時觀察到的只是表象，并不能看出故障的真正原因。

2.2儀表測量法

如果觀察法沒有找出故障原因，可以用儀表測量逐級檢查，常用萬用表、邏輯筆、示波器進行測試。萬用表測量比較簡單，一般先用萬用表測量電子元器件的電壓，電路中各電子元件正常工作時各引腳、接點處的電壓都有規定的數值或范圍，通過測量電壓可以判斷它是否符合電路理（下轉第71頁）（上接第58頁）論設計要求，從而確定故障點或故障發生的范圍。其次可以用示波器觀察電路中關鍵點的電壓波形，根據幅值、周期，判斷電子元器件動態工作過程是否正確，從而找出一些靜態工作點正常但動態工作異常的故障。

3結語

數字電路實驗教學中故障出現的原因、檢測排除故障的方法，還需要不斷積累總結。教師要指導學生如何根據故障現象，自己查找排除故障，不僅可以提高學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，還能培養他們嚴謹認真的科學實驗態度，達到真正的實驗課程的目的。

作者簡介：姚聰（1982-），男，安徽滁州人，滁州職業技術學院，工程師，學士，研究方向：電子科學與技術；王健（1967-），男，安徽滁州人，滁州職業技術學院，技師，研究方向：工業自動化；賈秀玲（1979-），女，河南周口人，滁州職業技術學院，講師，碩士，研究方向：電子科學與技術。

參考文獻

[1] 蔡忠法.電子技術實驗與課程設計[M].杭州：浙江大學出版社，2005.

[2] 嚴之琦.數字電路故障檢測與診斷的策略探討[J].赤峰學院學報（科學教育版），2011，5（7）：39-42.

[3] 高澤涵.電子電路故障診斷技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2001.