分壓式共射放大器故障分析教學

摘要：放大器在模擬電子技術(shù)教學中是學習重點之一，尤其是分壓式共射放大器在實際電子產(chǎn)品中十分常見。作者比較詳細地探討了自己在《模擬電子技術(shù)》實訓(xùn)教學中關(guān)于分壓式共射放大器故障檢修教學的步驟及方法。
關(guān)鍵詞：模擬電子技術(shù)；分壓式共射放大器；故障檢修；教學

0 引言
    電類(電子技術(shù)、電子信息、電氣工程、機電一體化、計算機)專業(yè)學生都必須學習《模擬電子技術(shù)》這門課程。它是一門實踐性很強的學科，要求學生經(jīng)過學習最終能夠做到理論聯(lián)系實際，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)教學中是學習重點之一，尤其是分壓式共射放大器在實際電子產(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，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元器件(三極管、各個偏置電阻、相關(guān)焊接點)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。)我們對于放大器進行檢修時，首先用萬用表檢測其三極管三個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，同時集電極反偏)。從右圖可見，這個分壓式共射放大器電路中核心元器件三極管Q1的三個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
    作者采用江蘇綠揚集團揚中市綠揚電子廠生產(chǎn)的YB02-2模擬電子實驗箱進行了以下實驗，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)過理論計算得到圖1電路中放大器正常工作時的各極直流電位分別標在圖1中，易見此時三極管Q1發(fā)射極正偏、集電極反偏，同時管壓降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)實際記錄如下，然后針對不同的故障現(xiàn)象進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：從三個電極直流電壓可知， 三極管處于截止狀態(tài)。因為UB=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)焊點發(fā)生開路。易知這時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。此時飽和狀態(tài)IB勢必較放大狀態(tài)時大得多。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)，進而使得URC變大，所以UC較放大狀態(tài)時小；URE變大，所以UE較放大狀態(tài)時大。相應(yīng)的管壓降UCE變得較放大狀態(tài)時小得多。
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，就會出現(xiàn)：相應(yīng)的IC、IE也變得很大，進而使得URC變大，相應(yīng)的UC應(yīng)較放大狀態(tài)時??；URE也應(yīng)變大，相應(yīng)的UE應(yīng)較放大狀態(tài)時大?？墒聦嵅煌篣E較放大狀態(tài)時小很多。可見IE事實上變小了。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狀態(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，該三極管處于截止狀態(tài)，故IC=0。所以使得UC=12V。(故障一已經(jīng)分析)此時矗應(yīng)該也非常小，使得UB較放大狀態(tài)時小。
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。所以才會出現(xiàn)UE較放大狀態(tài)時大。
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PN結(jié)都處于反偏狀態(tài)，三極管處于截止狀態(tài)。如果三極管本身沒有損壞，那么會有IC=0，IE=0。并且會出現(xiàn)：UC=12V，UE=0V。但事實卻不是這樣，UC=UE=6V。這個事實只可能是三極管本身被擊穿，造成C極與E極短路了。這時，IC=IE較放大狀態(tài)時大得多。所以實際的UE較放大狀態(tài)時大得多。
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，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，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，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UE=0V、UB=0.7V、UC=0．06V，此時發(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)，此時管壓降UE<0．3V。

2 結(jié)束語
    放大器故障的分析方法對于電子技術(shù)專業(yè)的學生及工作人員都是非常重要的。尤其是放大器處于直流狀態(tài)時的電路故障檢查、分析的方法在模擬電路教學中顯得更為實用，因為直流故障出現(xiàn)的情況比較普遍，故障現(xiàn)象各式各樣，分析方法卻具有一定的難度。