分壓式共射放大器故障分析教學(xué)

0引言

電類（電子技術(shù)、電子信息、電氣工程、機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)）專業(yè)學(xué)生都必須學(xué)習(xí)《模擬電子技術(shù)》這門課程。它是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，要求學(xué)生經(jīng)過學(xué)習(xí)最終能夠做到理論聯(lián)系實(shí)際，分析并排除具體電子電路中的故障。放大器在模擬電子技術(shù)教學(xué)中是學(xué)習(xí)重點(diǎn)之一，尤其是分壓式共射放大器在實(shí)際電子產(chǎn)品中十分常見。本文即是作者對這種放大器故障檢修方法的具體介紹。

分壓式共射放大器，由于能夠較好地穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，所以在很多電子產(chǎn)品中得到極為廣泛的應(yīng)用。本文的主要目的在于針對分壓式共射放大器電路中各個(gè)元器件（三極管、各個(gè)偏置電阻、相關(guān)焊接點(diǎn)）發(fā)生故障后，電路的直流電壓出現(xiàn)的各種可能情況做出詳細(xì)分析。（側(cè)重于直流狀態(tài)的分析，交流分析于故障而言相對簡單不作詳述。）我們對于放大器進(jìn)行檢修時(shí)，首先用萬用表檢測其三極管三個(gè)電極對地的直流電壓（電位）以判斷三極管是否工作于放大狀態(tài)（根據(jù)三極管處于放大狀態(tài)的條件：發(fā)射極正偏，同時(shí)集電極反偏）。從右圖可見，這個(gè)分壓式共射放大器電路中核心元器件三極管Q1的三個(gè)電極直流電壓是正常的，該三極管處于放大狀態(tài)（發(fā)射極正偏，同時(shí)集電極反偏）。NPN型三極管絕大部分為硅材料，發(fā)射極死區(qū)電壓約為0.5V，發(fā)射極正偏導(dǎo)通后電壓約為0.7V.放大狀態(tài)時(shí)管壓降UCE>1V并且小于直流電源電壓VCC.

1故障分析

作者采用江蘇綠揚(yáng)集團(tuán)揚(yáng)中市綠揚(yáng)電子廠生產(chǎn)的YB02-2模擬電子實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)，放大器的輸入端沒有交流信號源，所以放大器處于純粹的直流狀態(tài)。經(jīng)過理論計(jì)算得到圖1電路中放大器正常工作時(shí)的各極直流電位分別標(biāo)在圖1中，易見此時(shí)三極管Q1發(fā)射極正偏、集電極反偏，同時(shí)管壓降UCE>1V，三極管處于正常放大狀態(tài)。作者把各種情況下電路出現(xiàn)直流故障現(xiàn)象的數(shù)據(jù)實(shí)際記錄如下，然后針對不同的故障現(xiàn)象進(jìn)行理論方面定性或定量的分析。

1.1故障現(xiàn)象一

UC=12V，UB=0V，UE=0V.

分析故障原因：從三個(gè)電極直流電壓可知，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。因?yàn)閁B=0V即Rb2電阻上沒有電流流過。Rb2電阻中電流來自于Rb1電阻，所以這種情況只可能是Rb1電阻或相應(yīng)焊點(diǎn)發(fā)生開路。易知這時(shí)IB=0，根據(jù)三極管原理，沒有IB就沒有IC、IE（受控源）。故IC=0，IE=0.

1.2故障現(xiàn)象二

UC=6.4V，UB=7.0V，UE=6.3V.

分析故障原因：三極管的兩個(gè)PN結(jié)都處于正偏狀態(tài)，并且管壓降UCE=0.1V，三極管處于深度飽和狀態(tài)。三極管，其IC、IE都受IB的影響。此時(shí)飽和狀態(tài)IB勢必較放大狀態(tài)時(shí)大得多。對于三極管基極滿足KCL定律：IB1=IB2+IB.IB變得很大，很可能是IB2變得很小，即Rb2或相關(guān)焊點(diǎn)開路造成。IB變得很大，相應(yīng)的IC、IE也變得很大（見圖2所示），進(jìn)而使得URC變大，所以UC較放大狀態(tài)時(shí)小；URE變大，所以UE較放大狀態(tài)時(shí)大。相應(yīng)的管壓降UCE變得較放大狀態(tài)時(shí)小得多。

1.3故障現(xiàn)象三

UC=1.1V，UB=1.8V，UE=1.1V.

分析故障原因：三極管的兩個(gè)PN結(jié)都處于正偏狀態(tài)，并且管壓降UCE=0V，三極管似乎處于深度飽和狀態(tài)。但如果真是這樣，就會(huì)出現(xiàn)：相應(yīng)的IC、IE也變得很大，進(jìn)而使得URC變大，相應(yīng)的UC應(yīng)較放大狀態(tài)時(shí)?。籙RE也應(yīng)變大，相應(yīng)的UE應(yīng)較放大狀態(tài)時(shí)大。可事實(shí)不同：UE較放大狀態(tài)時(shí)小很多?？梢奍E事實(shí)上變小了。據(jù)KCL：IE=IB+IC.易見IB并沒變大（IB如果變大，將導(dǎo)致IE也變大），IC只會(huì)是變小了，即Rv開路變大了。

1.4故障現(xiàn)象四

UC=12V，UB=4.0V，UE=3.6V.

分析故障原因：三極管的發(fā)射極電壓UBE=0.4V，小于死區(qū)電壓。故該三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，故IB=0，IC=0，IE應(yīng)該也非常小。所以使得UC=12V.（故障一已經(jīng)分析）相應(yīng)的UE卻反而變大了。這只可能是RE開路變大了。

1.5故障現(xiàn)象五

UC=12V，UB=1.32V，UE=1，32V.

分析故障原因：三極管的發(fā)射極電壓USE=0V，小于死區(qū)電壓。顯然該三極管發(fā)射極已經(jīng)擊穿了，該三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，故IC=0.所以使得UC=12V.（故障一已經(jīng)分析）此時(shí)矗應(yīng)該也非常小，使得UB較放大狀態(tài)時(shí)小。

1.6故障現(xiàn)象六

UC=5.8V，UB=5.8V，UE=5.2V.

分析故障原因：三極管的發(fā)射極電壓UBE=0.6V，大于死區(qū)電壓。該三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。但是，其集電極電壓UBC=0V，集電極應(yīng)已經(jīng)被擊穿。此時(shí)IC變得很大，據(jù)KCL：IE=IB+IC，相應(yīng)的IE也變得很大。所以才會(huì)出現(xiàn)UE較放大狀態(tài)時(shí)大。

1.7故障現(xiàn)象七

UC=6V，UB=4V，UE=6V.

分析故障原因：三極管的兩個(gè)PN結(jié)都處于反偏狀態(tài)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。如果三極管本身沒有損壞，那么會(huì)有IC=0，IE=0.并且會(huì)出現(xiàn)：UC=12V，UE=0V.但事實(shí)卻不是這樣，UC=UE=6V.這個(gè)事實(shí)只可能是三極管本身被擊穿，造成C極與E極短路了。這時(shí)，IC=IE較放大狀態(tài)時(shí)大得多。所以實(shí)際的UE較放大狀態(tài)時(shí)大得多。

1.8交流故障現(xiàn)象簡析

耦合電容C1、C2如果處于開路狀態(tài)時(shí)，信號將無法向后級傳遞。示波器很容易檢查出此類交流故障的原因（采用一根導(dǎo)線短路被懷疑的電容兩端也能查明故障原因）。發(fā)射極旁路電容CE正常工作時(shí)，交流電壓放大倍數(shù)約為幾十倍：發(fā)射極旁路電容CE開路時(shí)，交流電壓放大倍數(shù)一般不足二倍（示波器很容易檢查此類交流故障的原因）；發(fā)射極旁路電容CE短路擊穿時(shí)UE=0V、UB=0.7V、UC=0.06V，此時(shí)發(fā)射極電流顯然比正常情況大得多，最終使得三極管處于深度飽和狀態(tài)，此時(shí)管壓降UE