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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik mögliche Ausfallwirkungen Operationsverstärker


Autor: Oliver R. (rollinator)
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Hallo,

Ich möchte ein entwickelte Schaltung auf möglicherweise auftretende 
Fehler analysieren.
Dazu muss ich mir immer die Frage stellen:
Was passiert wenn Bauteil X ausfällt?  - Wie äussert sich der Ausfall? 
(z.B. Widerstand -- hochohmig oder niederohmig?

In diesem Zusammenhang habe ich mich gefragt, was denn mögliche 
Ausfallerscheinungen eines OP sind. (Sei die Wahrscheinlichkeit auch 
sehr gering!). Z.B. Ausgang ist immer High/Low!?.....

Gibt es dazu Dokumente mit Erläuterungen?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Oliver R. schrieb:
> was denn mögliche Ausfallerscheinungen eines OP sind.
Das kommt sehr darauf an, was die Fehlerursache war. Beobachtet habe ich 
schon:
- Ausgang immer -Ub
- Ausgang liegt an +Ub
- Ausgang hochohmig (unterbrochen)
- überhöhte Stromaufnahme (bis die Bonddrähte glühen)
- keine Stromaufnahme (anschliessend)
- beliebige Pins sind leitend mit beliebigen anderen Pins verbunden
  (z.B. auch die Eingänge mit den Versorgungspins)

Autor: Oliver R. (rollinator)
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Lothar Miller schrieb:
> - Ausgang immer -Ub
> - Ausgang liegt an +Ub
OK an diese Fälle habe ich schon gedacht!

> - Ausgang hochohmig (unterbrochen)
Soll heißen: 0V am Ausgang?


> - überhöhte Stromaufnahme (bis die Bonddrähte glühen)

Die überhöhte Stromaufnahme ist doch nur die Wirkung eines anderen 
Fehlers?

> - keine Stromaufnahme (anschliessend)

Wie äussert sich das am Ausgang des Komparators? 0V, -Ub oder +Ub?

> - beliebige Pins sind leitend mit beliebigen anderen Pins verbunden
>   (z.B. auch die Eingänge mit den Versorgungspins)
Ok muss ich nochmal drüber nachdenken.

Autor: Michael (Gast)
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Oliver R. schrieb:
> Soll heißen: 0V am Ausgang?

Nicht zwangsläufig, könnte auch ausschaun wie ein floatendes Potential, 
als sei der Ausgang des OPs halt nicht angeschlossen.

Oliver R. schrieb:
> Wie äussert sich das am Ausgang des Komparators? 0V, -Ub oder +Ub?

Auch hier könnte es wieder so aussehen, als sei der OP nicht da oder die 
Potentiale floaten einfach wild in der Gegend rum.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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>> - Ausgang hochohmig (unterbrochen)
> Soll heißen: 0V am Ausgang?
Ein Fallbeispiel: ein mit 5V versorgter und als Komparator ohne 
Hysterese beschalteter OP treibt direkt den Eingang eines CMOS-Gatters. 
Jetzt wird aufgrund eines Defekts der OP-Ausgang hochohmig und der 
CMOS-Eingang ist damit unbeschaltet. Offene CMOS-Eingänge pendeln sich 
dann gern so ein, dass beide Eingangstransistoren leiten (2,5V) und das 
CMOS-IC dann vermehrt Strom aufnimmt...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Der Clou ist es gerade, mit Schutzschaltungen zu verhindern, daß das 
jemals eintritt, weil Bauteile oft durch Überspannungen (Surge, Burts, 
ESD) an den Ein- oder Ausgängen zerstört werden. Auch Zerstörung durch 
thermische Überlastung, beispielsweise durch Kurzschluß bei zu hohen 
Umgebungstemperaturen ist eine Ausfallursache.

Gegen ESD helfen nur wirklich schnelle ESD-Absorber, wie Ceradiodes von 
Epcos oder SMD-Varistoren von AVX (nicht die alten dicken 
Scheibenvaristoren!). Nur diese können subnanoskundenschnell ableiten.

Gegen Überspannungen, Surge und Burst helfen wieder SMD-Varistoren, 
Transzorbs und Dioden, die aber hier deutlich mehr Energie ableiten 
müssen als bei ESD.

Gegen Überlastung durch Kurzschlüsse helfen Strombegrenzungswiderstände 
in den Ausgängen.

In der Industrie sollte man durchweg geschirmte Kabel verwenden, die man 
auf beiden Seiten erdet. Nur so können Schaltungen zuverlässig auch 
gegen stärkere Surges geschützt werden (indirekte Blitzeinschläge). Wenn 
dagegen die zu verbindenden Orte zu weit entfernt sind (beispielsweise 
im Freien) oder die Erdung/Potentialausgleich zwischen den beiden Orten 
unvollkommen ist, sollte man eine "kupferlose" Signalübertragung 
vorziehen. Dann können die Potentialunterschiede zwischen den Orten 
einfach zu groß werden.

In besonders kritischen Systemen kann man mit Selbstdiagnose-Schaltungen 
(eventuell mit mehreren) während dem Betrieb laufend 
Plausibilitätschecks durchführen und Schlimmeres durch rasche Anschalten 
von was auch immer verhindern.

Kai Klaas

Autor: Oliver R. (rollinator)
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Ok zu meiner Analyse:

Also Schutzschaltungen sind schon vorhanden (Überspannung etc.)!

Es geht lediglich darum, z.B. statistisch wahrscheinliche Ausfälle zu 
bewerten.
Z.B.
wie wahrscheinlich ist es das Bauteil A unter "Nennbedingungen" (also 
Spannungen Ströme alles im zulässigen Bereich) nach X Jahren ausfällt?

Wie äussert sich der Fehler?

Welche Folgefehler entstehen?

Wird meine "Auswerteschaltung" den Fehler erkennen (Soll heißen kann 
nicht vielleicht doch irrtümlich etwas falsches als "OK" angesehen 
werden, weil die Schaltung aufgrund des Fehler dies anzeigt?

Autor: Jens G. (jensig)
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>wie wahrscheinlich ist es das Bauteil A unter "Nennbedingungen" (also
>Spannungen Ströme alles im zulässigen Bereich) nach X Jahren ausfällt?

siehe Datenblatt, oder sonstige app/technotes des Herstellers

>Wie äussert sich der Fehler?

je komplexer das Teil, um so mannigfaltiger sind die möglichen Symptome

>Welche Folgefehler entstehen?

da wirste die Schaltung drumherum, und die Umgebung um de Schaltung 
herum analysieren müssen, um aus den Symptomen die Auwirkungen auf das 
Drumherum zu ermitteln.

>Wird meine "Auswerteschaltung" den Fehler erkennen (Soll heißen kann
>nicht vielleicht doch irrtümlich etwas falsches als "OK" angesehen
>werden, weil die Schaltung aufgrund des Fehler dies anzeigt?

Alles wirste sowieso nicht abfangen können, selbst wenn die 
Auswerteschaltung sehr komplex wird (womit sie selbst ausfall-anfälliger 
wird)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Ausfallraten von Geräten kann man abschätzen:

http://de.wikipedia.org/wiki/Failure_In_Time

Damit kannst du aber nur vorhersagen, wie sich eine sehr große Anzahl 
von Geräten im Mittel verhalten wird. Gibt es beispielsweise einen 
Produktionsfehler bei einem Elko-Hersteller und die ganze Charge die du 
in einer Kleinserie eingebaut hast ist Ausschuß, dann hast du natürlich 
eine erheblich größere und untypische Ausfallrate. Über unzählige 
solcher Kleinserien mittelt sich dieser einmalige Produktionsfehler aber 
heraus.

Also, Statistik sagt dir in keinster Weise, wie sich ein einzelnes Gerät 
verhalten wird, auch nicht eine Kleinserie, ja nicht einmal eine 
Serienproduktion, wenn die Anzahl der betrachteten Geräte gering ist im 
statistischen Sinne.

Es macht auch keinen Sinn eine Schaltung gegen alle Eventualitäten 
absichern zu wollen, indem man alle möglichen Ausfallszenarios 
durchzuspielt. Wenn du die Zeit hast, ok. Dann kannst du dein Produkt 
noch zuverlässiger herstellen. Aber letztlich geht es in erster Linie 
darum, Menschen zu schützen. Und da gibt es Gesetze, wie die 
Niederspannungsrichtlinie, VDE-Regeln, etc., die du einhalten mußt. Das 
mit dem CE-Test hat auch seine Vorteile: Wenn das Gerät nach den 
unendlich vielen Tests endlich abgesegnet ist, bist du im Schadensfall 
abgesichert.

Kai Klaas

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