数字电路实验故障

数字集成电路实验常见故障的成因及查找方法

秦绪玲

（ 营口职业技术学院 115000）

摘要：在数字集成门电路实验教学中，经常会出现各种故障，使学生分组实验无法顺利进行下去，特别是教师在教学过程中，如果不能尽快指导学生排除故障，就很难完成教学任务，本文通过实验教学实践，总结出一些常见故障的成因及查找方法。

关键词: 集成门电路;故障;成因;查找。

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引言:数字集成电路实验是与数字电子技术基础课程同步进行的，其中包括一些验证性实验、集成电路功能测试实验及一些应用电路的综合设计实验。在实验过程中出现一些故障是在所难免的，出现故障的原因有实验设备的客观因素，也有学生操作的主观因素。要想快速排除故障，就必须掌握故障的特点和成因。

1.常见的故障

1.1固定电平故障

所谓固定电平故障是指输入电平无论怎么变化输出电平基本不变。例如，”与”的正常逻辑关系是有“0”出“0”、全“1”出“1”，但发生故障时,无论输入如何，输出总是保持“0”状态或“1”状态。

1.2非逻辑电平故障

所谓非逻辑电平是指输入电平或输出电平的实际电压值不在规定的高电平或低电平的范围内，即不是高电平也不是低电平。

1.3桥接故障

所谓桥接故障是指电路中两条或多条导线短接引起电路失效。常见的桥接故障有三种：一种发生在输入端，一个或几个独立集成电路输入信号之间桥接引发故障，如图一（a ）。例如异或门电路的两个输入端桥接就会造成其异或功能失效；另一种发生在输出端，一个或几个集成电路的输出端桥接引发故障，如图一（b ）；第三种发生在输出端与输入端之间的桥接，称为反馈桥接引发故障，如图一（c ）。

（a ）输入端桥接 （b ）输出端桥接

(c)反馈桥接

图一

1.4固定开路故障

固定开路故障是一种经常发生在cmos电路中的特殊故障。当集成电路内部某个输入管的栅极开路或引脚与其相接的电路接触不良、或引脚为多余端但没有接电源或接地，使该输入端为高组态输入，从而造成其输出状态在短时间内为一固定值。

2故障的成因

2.1插接错误

在实验中经常会出现集成电路插件被插反、引脚被插断、部分引脚没有插入插槽、插槽与引脚接触不良、个别引脚被插弯与相邻引脚桥接等，造成实验故障。

2.2 布线错误

布线错误也是实验中常见的故障形式。表现为：

（1）错接：电源线与地线接反，造成集成电路发热甚至被烧坏、输出与输入接反导致信号传输混乱、输入错接电源或地造成输入电平错误。

（2）漏接：多个集成电路共同使用时漏接某一个或几个集成电路的电源线和地线、漏接cmos门电路多余端等，造成输出逻辑故障。

（3）桥接：输入端桥接、输出端桥接、输入与输出之间桥接。

（4）虚接：集成电路插件或插线没有插牢固。虚接很容易造成电路工作不稳定，从而发生间歇的故障。

2.3 实验设备出现问题

输入高、低电平显示错误、部分插槽内部电路出现故障、输出LED损坏、芯片本身损坏、导线内部断路等，都会造成实验故障。

2.4 集成电路选用错误

在选用集成电路时只注重考虑集成电路的功能，而没有考虑其性能参数，如带负载能力、工作速度、热稳定性等。特别是没有考虑集成电路之间的接口问题[1]，不同类型的集成电路如果各项参数不能匹配，电路将无法正常工作。

3查找故障的方法

查找故障通常采用直观查找法、逻辑电平测试法、分区检查法、电阻测量法及替换法、顺序查找法等。

3.1直观查找法

利用“问、看、闻、摸、测”五种方法判断故障的大致部位。“问”主要是问学生有哪些异常现象，这样教师可以少走弯路，节省时间。“看”就是观察插件是否插反、是否松动；电源正负极是否接错；通电后集成电路是否冒烟等。“闻”就是通电后闻一闻是否有烧焦的气味。“摸”就是用手去接触集成电路，感觉烫手即可判断电路出现故障。“测”就是用万用表、示波器、逻辑笔等对电路进行检测，确定故障并定位。

3.2逻辑电平测试法

逻辑电平只有高和低两种状态，在查找故障时，可用万用表的直流电压挡测量集成电路相关引脚的逻辑电平，然后根据电路中输入电平的变化，判断输出电平的变化是否符合电路的逻辑关系，从而判断故障所在部位。

例如74ls系列集成门电路[2]输出高电平的下限值为2.7V，输出低电平的上限值为0.5V；输入高电平的下限值为1.8V，输入低电平的上限值为0.8V。若1.8V以上的高电平输入非门电路，则输出电压应该低于0.5V，否则非门电路存在故障。

3.3分区检查法

判断是否由相连的其他集成电路引起的故障，可以采用分区检查法，即把集成电路与集成电路之间的连线拆除，分别检查集成电路的逻辑功能是否正常，如果集成电路本身的逻辑功能正常，而且经过仔细检查没有发现线路连接错误，则应考虑与该集成电路相连的其他部

分集成电路有无故障，特别要注意的是连接线是否有虚接现象，因为从外表上看很难辨别，而虚接很容易造成电路工作不稳定，从而发生间歇性的故障。

3.4电阻测量法

先用万用表测出完好集成电路的正、反向电阻，然后对使用中相同的集成电路正、反向电阻进行测试，利用比较法即可确定集成电路是否损坏。例如，正常的TTL系列集成电路正、负电源之间的正向电阻为几千欧，反向电阻为几十千欧左右。而电源端与其他端的正反向电阻为几十千欧～几百千欧之间[3]。另外在集成电路出现异味及冒烟现象时，应该切断电源，用万用表进行电阻测试，查找短路部位；除此之外，采用电阻测量法还可以检测集成电路插槽插孔之间是否短路或接触不良。

3.5替换法

在确定电源供电、集成电路的插接、电路的连线等都没有问题的情况下，可采用相同型号的集成电路更换被怀疑的集成电路，从而判断集成电路是否出现故障。

3.6顺序查找法

在对整个应用电路功能及工作原理比较熟悉的基础上，采用顺序查找法，常用的顺序查找法有两种：

（1）由输入级到输出级逐级查找。在输入端加上输入信号，按照信号的流向从输入级到输出级，用万用表、示波器或逻辑笔等逐级逐点地检查信号的传输情况，从而缩小故障范围，判断出故障所在位置。

（2）由输出级向输入级查找。当发现输出信号有问题时，就从输出级开始逐级向输入级查找，直到测出有正常信号为止，由此可以判断故障出现在由不正常到正常的一级电路中。4结语

实际上故障的查找、排除过程对学生来说是一个很难得的技能训练项目，教师应该把故障的成因及检测、排除方法作为授课的一个必要环节，传授给学生。特别是职业院校的学生，技能训练更显得尤为重要。

参考文献[1]杨志忠. 数字电子技术[M].北京:高等教育出版社，2000：77

[2]周良全, 方向乔.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2002:61-62.

[3]高泽涵.电子电路故障诊断技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001:76.