Error

In der Elektrotechnik bedeutet Fehler, dass ein Stromkreis, Bauteil oder System von seiner beabsichtigten Funktion abweicht. Das ist nicht dasselbe wie ein einfacher Defekt oder Ausfall. Ein Fehler ist eine messbare Abweichung vom korrekten Wert, Zustand oder Betriebszustand, oft klein genug, dass das System weiter läuft, aber falsche Ergebnisse liefert. Ein digitaler Schaltkreis kann fehlerhaft werden, wenn seine Ausgangsspannung außerhalb der Toleranz driftet. Ein analoger Sensor kann fehlerhaft werden, wenn die Temperatur seinen Ausgang um 0,5 % vom Sollwert verschiebt. Das sind funktionierende Systeme, die falsche Ergebnisse liefern.

Fehler sammeln sich je nach Schaltkreistyp unterschiedlich an. In der Präzisionsinstrumentierung verstärken sich Fehler: Ein 1-%-Fehler in einer Spannungsteilerstufe kann sich durch Verstärkungsstufen ausbreiten und am Ausgang 10 % Fehler erzeugen. In digitalen Systemen kann ein einzelner Bitfehler in einer Kommunikationsleitung ein ganzes Datenpaket beschädigen. Zeitfehler in synchronen Schaltkreisen verursachen Setup- oder Hold-Verletzungen, die Flip-Flops metastabil machen. Thermische Fehler verschieben Bauteilwerte; ein Widerstand mit einem Temperaturkoeffizient von 100 ppm pro Grad Celsius wird über einen Bereich von 50 Grad erheblich fehlerhaft.

Echte Schaltungen bauen Fehlermargen ein. Eine Logikfamilie mit Nennwert 0 bis 5 Volt definiert typischerweise eine hohe Eingangsspannung als alles über 2,0 Volt und eine niedrige Eingangsspannung als alles unter 0,8 Volt. Dieses Hysteresisband erlaubt dem Schaltkreis, bei einem hohen Signal um bis zu 2 Volt fehlerhaft zu sein und trotzdem korrekt erkannt zu werden. Ohne solche Margen würde Rauschen und Bauteiltoleranz das System unzuverlässig machen. Netzteile sind spezifiziert, um unter Laständerungen und Stromversorgungsschwankungen nicht mehr als plus-minus 5 % von ihrer Nennausgabe fehlerhaft zu werden.

Fehler treten auch in Mess- und Regelkreisen auf. Ein Rückkopplungssystem kann fehlerhaft werden, wenn der Sensor Verzögerung, Hysterese oder Nichtlinearität hat. Ein Thermostat, der 2 Grad zu hoch anzeigt, wird bei seiner Regelreaktion fehlerhaft und überheizt den Raum. Ein Dehnungsmessstreifen mit nichtlinearer Ausgabe wird fehlerhaft, wenn er über seinen linearen Bereich hinaus verwendet wird. Kompensationsnetzwerke und Kalibrierverfahren sind speziell dazu konzipiert, diese Fehler zu reduzieren.

Das Elektrohandwerk unterscheidet Fehler von Ausfall: Ein ausgefallenes Bauteil erzeugt keine Ausgabe oder katastrophale Ausgabe; ein fehlerhaftes Bauteil erzeugt plausible, aber falsche Ausgabe. Diese Unterscheidung ist wichtig bei der Qualitätskontrolle und Diagnose. Ein kurzgeschlossener Transformator fällt sofort aus. Ein Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis-Fehler von 2 % kann jahrelang mit einer leicht falschen Spannung laufen und subtile Probleme weiter unten verursachen, die schwer zu verfolgen sind. Deshalb werden Fertigungstoleranzen, Alterungsfaktoren und Betriebsbereichs-Grenzen für jedes Bauteil in kritischen Schaltungen spezifiziert.