放大電路實驗故障分析

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摘要：模擬電路實驗會不可避免地出現各種故障現象，分析故障產生的原因，排除故障可以提高實驗技能，提高分析問題、解決問題的能力。以分立元器件及集成運算放大器構成的放大電路為例提出三步法進行故障排查，通過理論指導及實踐經驗，確定不同故障現象可能的原因，切實提高實踐技能并加深對電路及器件的理解。

關鍵詞：放大電路；故障分析；電子設備

為了使學生具有良好的工程素養和一定的創新意識，能夠將所學理論解釋用于處理相關專業領域實際問題，具備電子技術類應用型、技能型人才所必需的電子線路的分析、制作、測試及常見故障排查能力，在實驗課程中應注重引導學生遇到問題學會分析排故。在各種電子設備中，放大電路的應用非常廣泛。一個電子信息系統對信號最基本的處理就是放大，而且模擬電路多以放大電路為基礎[1]。在實際應用中，如果放大電路出現故障，可能直接影響系統的正常運行，查找放大電路中的故障不管在電子技術實驗中，還是在今后工作的電子設備維修中都有重要意義[2]。本文分別以分立元器件和集成運算放大器構成的放大電路為例進行常見故障排查分析。

1故障排查三步法

在實際電路中，電路可能因為人為或者元器件、線路等問題出現故障[3]，因此提出故障排查三步法如下。一看。在電路不通電的情況下，主要從外觀上先看電路中的元器件是否正常、電解電容變形等問題，再看電路中元器件之間的連接是否有明顯的開路，可能存在如元件的管腳懸空或短路現象。二摸。在通電的情況下用手接觸各元器件，感觸有無發燙現象。如有發燙可能電流或者電壓超過額定值，也可能因為電路搭建錯誤，需立即斷電，進行下一步排查。三查。排查故障通常是從左至右，按級排查。尤其是多級復雜電路，可先測第一級輸出，觀察示波器或者萬用表結果，如果與理論分析結果相符可進行下一級故障排查。如果該級電路輸出結果錯誤，需對該級電路中重點器件及易損壞器件進行進一步的故障確定。

2分立器件構成放大電路故障分析

以電壓串聯負反饋電路為例，電路如圖1所示，如果電路能夠正常工作，可利用函數信號發生器給放大電路提供交流信號源，通過示波器會觀察到電壓幅值及頻率與理論相符的輸出波形。如果出現了故障，在示波器中觀察到的現象主要分為無波形輸出和有波形但失真輸出。按照逐級測試方法，測試VT1集電極波形若無波形，說明第一級放大電路有故障，以第一級電路故障為例進行下述檢測，若第一級輸出正常則用同樣方法排查第二級故障。

2.1無輸出波形故障

在放大電路中，晶體管要工作在放大區，靜態工作點要求發射結正偏，UBE大于等于0.6V，集電結反偏，UCE大于UBE。利用萬用表的電壓檔，分別測量晶體管的基極-發射極間的電壓UBE，集電極-發射極間的電壓UCE，以此判斷晶體管是否工作在放大區。為保證放大電路具有一定的動態范圍，UCE不能太小。(1)遵循先靜后動的原則，斷開輸入信號，從以下幾個方面進行檢查。①查電源。首先查看電路上的電源、地端是否正常連接，有沒有錯接、漏接的情況；然后利用萬用表上的電壓檔測量接入的電源端和地端是否是預定的電壓值。②查電位器。電阻損壞概率較小，即使損壞通常是通過“一看”觀察到的，可能會燒黑，或者有短路情況。而電位器損壞時外觀難以辨別，需用萬用表對阻值進行測試。③查晶體管。在電源正常的情況下，測量晶體管三個電極的電位與極間電壓，以此判斷電路中晶體管的好壞和偏置電路可能存在的故障。(2)主要有以下五種典型的故障情況。①基極電位非常小，大約在微伏級；集電極電位等于電源電壓。此時，晶體管處于截止狀態，存在基極電阻開路故障。②基極與發射極之間電壓約0.5～0.7V，集電極電位非常小，大約在微伏級。此時，晶體管導通，存在集電極電阻開路故障。③基極電位等于基極電位，集電極電位也等于電源電壓12V，發射極電位為11.5V。此時，發射極開路。④基極電位等于基極電位，集電極電位也等于電源電壓，發射極電位為0V。此時，晶體管存在故障。⑤基極與發射極之間的電壓約0.5～0.7V，集電極電位等于電源電壓。此時，晶體管存在故障。(3)對于上述五種故障情況，處理方法如下。①如果晶體管存在故障，可用萬用表二極管檔位進一步測試確定，更換晶體管。將萬用表打到二極管檔位，紅黑表筆分別插到基極、發射極，如果正向導通為0.5～0.7V，反向為無窮大，說明發射結是好的。如果不管紅黑表筆怎么插，數值都很小，約0.1V，說明燒短路了。如果不管紅黑表筆怎么插，數值都是超量程，說明發射結內部開路了。同樣方法判斷集電結的好壞。②如果存在可能開路的故障，再利用萬用表進行線路通斷測量，進一步確定故障的具體位置。具體操作方法如下：將萬用表撥到二極管測量檔，表筆插孔位置與電壓測量相同。將紅黑表筆分別放在需測量的連接線兩端，如果兩點電路之間是接通的，則萬用表會發出“滴”聲；如果無聲音，說明這兩點之間不連通。

2.2示波器中有輸入波形和輸出波形但輸出波形失真

失真主要有以下幾種情況。(1)非線性失真。此時輸出波形出現頂部失真或底部失真。如果輸出波形頂部失真，則是由于靜態工作點太低而導致的截止失真。為了消除失真，需要增大基極電流、提高基極電位。根據分壓原理，此時應減少Rp1。如果輸出波形底部失真，則是由于靜態工作點過高而導致的飽和失真。為了消除失真，一方面可以減小基極電流、降低基極電位。此時，應減小基極電阻Rp2。另一方面可以增大電壓UCE，此時，應減小RC。如果輸出波形的頂部、底部都失真了，這說明輸出信號過大，超過了放大電路的動態范圍，此時需要減小輸入信號的幅值。(2)頻率失真。此時輸出波形與輸入波形不再滿足相位反相的關系，出現了超前相移或滯后相移。由放大電路的頻率響應可知，如果出現了超前相移，說明輸入信號頻率過低；如果出現了滯后相移，說明輸入信號頻率過高。(3)如果輸出波形的幅值較小，通過對比輸入輸出波形的幅值發現電路的放大倍數只有幾倍或十幾倍，比預期小得多。此時，應檢查發射極旁路電容CE是否正常工作。利用萬用表進行CE兩端線路的通斷測量；如果線路接觸良好，則可能電容CE故障。

3集成運放構成放大電路故障分析

分析圖2電路A1及外圍電路構成反向比例運算放大器，且由于二極管D1，D2的作用，僅能放大正的電壓信號。即當vi>0時，v01=-2vi；當vi>0時，v01=-2vi。A2及其外圍電路構成加法電路，v0=-(v01+R17×vi/RP2)，若Rp2調為10k則v0=-(v01+vi)，改變Rp2輸出波形幅值變化。采用三步法，一看電路連線有無問題。該電源為正負12V供電，不能接反；電源模塊與集成運放模塊要共地；兩個二極管正負極連接是否正確；同相輸入端電阻是否接地。二摸器件尤其是集成運算放大器741是否發熱。三查故障，按照第一級放大、第二級放大的順序排查，查看v01波形，如果輸出電壓接近電源電壓，可能負反饋電阻斷開或者同相輸入端電阻斷開，確定外圍電路沒有問題，則可能是芯片損壞，更換芯片后進一步測試。如果v01波形正確，v0有問題，用同樣方法排查，若改變Rp2輸出波形不變，則Rp2損壞。

4結語

采用故障排查三步法的重點在于“查”，這需要在理解電路原理、了解元器件特性的基礎上采用適當的儀器進行測試，根據測試數據綜合判斷故障原因。尋找故障方法是靈活多變的，尤其對于復雜電路，根據豐富的經驗能夠快速準確地檢測故障并加以排除[4]，這需要在實踐中不斷總結，一步步積累，才能夠提高實踐能力。

參考文獻

[1]門赫.電子實驗中的故障構成與分析[J].鎮江高專學報,2005(7):104-106.

[2]劉建敏,俞秋.高校本科化學實驗教學改革探索[J].高校實驗室工作研究,2011(107):28-29.

[3]李欣茂,黃家敏,陳飛勝.電工技術實驗裝置常見故障維修[J].實驗室研究與探索,2012(4):240-242.

[4]陳曉明.電工技術在具體實驗操作中的故障分析與解決方法[J].電子技術與軟件工程,2016(14):241.

作者：孫艷麗 劉曉娣 王國慶 單位：海軍航空大學