分压式共射放大器故障分析教学

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0引言
       
        电类（电子技术、电子信息、电气工程、机电一体化、计算机）专业学生都必须学习《模拟电子技术》这门课程。它是一门实践性很强的学科，要求学生经过学习最终能够做到理论联系实际，分析并排除具体电子电路中的故障。放大器在模拟电子技术教学中是学习重点之一，尤其是分压式共射放大器在实际电子产品中十分常见。本文即是作者对这种放大器故障检修方法的具体介绍。
       
       
       
       
       
        分压式共射放大器，由于能够较好地稳定静态工作点，所以在很多电子产品中得到极为广泛的应用。本文的主要目的在于针对分压式共射放大器电路中各个元器件（三极管、各个偏置电阻、相关焊接点）发生故障后，电路的直流电压出现的各种可能情况做出详细分析。（侧重于直流状态的分析，交流分析于故障而言相对简单不作详述。）我们对于放大器进行检修时，首先用万用表检测其三极管三个电极对地的直流电压（电位）以判断三极管是否工作于放大状态（根据三极管处于放大状态的条件：发射极正偏，同时集电极反偏）。从右图可见，这个分压式共射放大器电路中核心元器件三极管Q1的三个电极直流电压是正常的，该三极管处于放大状态（发射极正偏，同时集电极反偏）。NPN型三极管绝大部分为硅材料，发射极死区电压约为0.5V，发射极正偏导通后电压约为0.7V.放大状态时管压降UCE>1V并且小于直流电源电压VCC.
       
        1故障分析
       
        作者采用江苏绿扬集团扬中市绿扬电子厂生产的YB02-2模拟电子实验箱进行了以下实验，放大器的输入端没有交流信号源，所以放大器处于纯粹的直流状态。经过理论计算得到图1电路中放大器正常工作时的各极直流电位分别标在图1中，易见此时三极管Q1发射极正偏、集电极反偏，同时管压降UCE>1V，三极管处于正常放大状态。作者把各种情况下电路出现直流故障现象的数据实际记录如下，然后针对不同的故障现象进行理论方面定性或定量的分析。
       
        1.1故障现象一
       
        UC=12V，UB=0V，UE=0V.
       
        分析故障原因：从三个电极直流电压可知，三极管处于截止状态。因为UB=0V即Rb2电阻上没有电流流过。Rb2电阻中电流来自于Rb1电阻，所以这种情况只可能是Rb1电阻或相应焊点发生开路。易知这时IB=0，根据三极管原理，没有IB就没有IC、IE（受控源）。故IC=0，IE=0.
       
        1.2故障现象二
       
        UC=6.4V，UB=7.0V，UE=6.3V.
       
        分析故障原因：三极管的两个PN结都处于正偏状态，并且管压降UCE=0.1V，三极管处于深度饱和状态。三极管，其IC、IE都受IB的影响。此时饱和状态IB势必较放大状态时大得多。对于三极管基极满足KCL定律：IB1=IB2+IB.IB变得很大，很可能是IB2变得很小，即Rb2或相关焊点开路造成。IB变得很大，相应的IC、IE也变得很大（见图2所示），进而使得URC变大，所以UC较放大状态时小；URE变大，所以UE较放大状态时大。相应的管压降UCE变得较放大状态时小得多。
       
        1.3故障现象三
       
        UC=1.1V，UB=1.8V，UE=1.1V.
       
        分析故障原因：三极管的两个PN结都处于正偏状态，并且管压降UCE=0V，三极管似乎处于深度饱和状态。但如果真是这样，就会出现：相应的IC、IE也变得很大，进而使得URC变大，相应的UC应较放大状态时小；URE也应变大，相应的UE应较放大状态时大。可事实不同：UE较放大状态时小很多。可见IE事实上变小了。据KCL：IE=IB+IC.易见IB并没变大（IB如果变大，将导致IE也变大），IC只会是变小了，即Rv开路变大了。
       
        1.4故障现象四
       
        UC=12V，UB=4.0V，UE=3.6V.
       
        分析故障原因：三极管的发射极电压UBE=0.4V，小于死区电压。故该三极管处于截止状态，故IB=0，IC=0，IE应该也非常小。所以使得UC=12V.（故障一已经分析）相应的UE却反而变大了。这只可能是RE开路变大了。
       
        1.5故障现象五
       
        UC=12V，UB=1.32V，UE=1，32V.
       
        分析故障原因：三极管的发射极电压USE=0V，小于死区电压。显然该三极管发射极已经击穿了，该三极管处于截止状态，故IC=0.所以使得UC=12V.（故障一已经分析）此时矗应该也非常小，使得UB较放大状态时小。
       
        1.6故障现象六
       
        UC=5.8V，UB=5.8V，UE=5.2V.
       
        分析故障原因：三极管的发射极电压UBE=0.6V，大于死区电压。该三极管处于导通状态。但是，其集电极电压UBC=0V，集电极应已经被击穿。此时IC变得很大，据KCL：IE=IB+IC，相应的IE也变得很大。所以才会出现UE较放大状态时大。
       
        1.7故障现象七
       
        UC=6V，UB=4V，UE=6V.
       
        分析故障原因：三极管的两个PN结都处于反偏状态，三极管处于截止状态。如果三极管本身没有损坏，那么会有IC=0，IE=0.并且会出现：UC=12V，UE=0V.但事实却不是这样，UC=UE=6V.这个事实只可能是三极管本身被击穿，造成C极与E极短路了。这时，IC=IE较放大状态时大得多。所以实际的UE较放大状态时大得多。
         
        1.8交流故障现象简析
       
        耦合电容C1、C2如果处于开路状态时，信号将无法向后级传递。示波器很容易检查出此类交流故障的原因（采用一根导线短路被怀疑的电容两端也能查明故障原因）。发射极旁路电容CE正常工作时，交流电压放大倍数约为几十倍：发射极旁路电容CE开路时，交流电压放大倍数一般不足二倍（示波器很容易检查此类交流故障的原因）；发射极旁路电容CE短路击穿时UE=0V、UB=0.7V、UC=0.06V，此时发射极电流显然比正常情况大得多，最终使得三极管处于深度饱和状态，此时管压降UE