放大電路實(shí)驗(yàn)故障分析

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摘要：模擬電路實(shí)驗(yàn)會(huì)不可避免地出現(xiàn)各種故障現(xiàn)象，分析故障產(chǎn)生的原因，排除故障可以提高實(shí)驗(yàn)技能，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。以分立元器件及集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的放大電路為例提出三步法進(jìn)行故障排查，通過(guò)理論指導(dǎo)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，確定不同故障現(xiàn)象可能的原因，切實(shí)提高實(shí)踐技能并加深對(duì)電路及器件的理解。

關(guān)鍵詞：放大電路；故障分析；電子設(shè)備

為了使學(xué)生具有良好的工程素養(yǎng)和一定的創(chuàng)新意識(shí)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論解釋用于處理相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H問(wèn)題，具備電子技術(shù)類應(yīng)用型、技能型人才所必需的電子線路的分析、制作、測(cè)試及常見(jiàn)故障排查能力，在實(shí)驗(yàn)課程中應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生遇到問(wèn)題學(xué)會(huì)分析排故。在各種電子設(shè)備中，放大電路的應(yīng)用非常廣泛。一個(gè)電子信息系統(tǒng)對(duì)信號(hào)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(chǔ)[1]。在實(shí)際應(yīng)用中，如果放大電路出現(xiàn)故障，可能直接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，查找放大電路中的故障不管在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，還是在今后工作的電子設(shè)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(yùn)算放大器構(gòu)成的放大電路為例進(jìn)行常見(jiàn)故障排查分析。

1故障排查三步法

在實(shí)際電路中，電路可能因?yàn)槿藶榛蛘咴骷?、線路等問(wèn)題出現(xiàn)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(wèn)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(xiàn)象。二摸。在通電的情況下用手接觸各元器件，感觸有無(wú)發(fā)燙現(xiàn)象。如有發(fā)燙可能電流或者電壓超過(guò)額定值，也可能因?yàn)殡娐反罱ㄥe(cuò)誤，需立即斷電，進(jìn)行下一步排查。三查。排查故障通常是從左至右，按級(jí)排查。尤其是多級(jí)復(fù)雜電路，可先測(cè)第一級(jí)輸出，觀察示波器或者萬(wàn)用表結(jié)果，如果與理論分析結(jié)果相符可進(jìn)行下一級(jí)故障排查。如果該級(jí)電路輸出結(jié)果錯(cuò)誤，需對(duì)該級(jí)電路中重點(diǎn)器件及易損壞器件進(jìn)行進(jìn)一步的故障確定。

2分立器件構(gòu)成放大電路故障分析

以電壓串聯(lián)負(fù)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(shù)信號(hào)發(fā)生器給放大電路提供交流信號(hào)源，通過(guò)示波器會(huì)觀察到電壓幅值及頻率與理論相符的輸出波形。如果出現(xiàn)了故障，在示波器中觀察到的現(xiàn)象主要分為無(wú)波形輸出和有波形但失真輸出。按照逐級(jí)測(cè)試方法，測(cè)試VT1集電極波形若無(wú)波形，說(shuō)明第一級(jí)放大電路有故障，以第一級(jí)電路故障為例進(jìn)行下述檢測(cè)，若第一級(jí)輸出正常則用同樣方法排查第二級(jí)故障。

2.1無(wú)輸出波形故障

在放大電路中，晶體管要工作在放大區(qū)，靜態(tài)工作點(diǎn)要求發(fā)射結(jié)正偏，UBE大于等于0.6V，集電結(jié)反偏，UCE大于UBE。利用萬(wàn)用表的電壓檔，分別測(cè)量晶體管的基極-發(fā)射極間的電壓UBE，集電極-發(fā)射極間的電壓UCE，以此判斷晶體管是否工作在放大區(qū)。為保證放大電路具有一定的動(dòng)態(tài)范圍，UCE不能太小。(1)遵循先靜后動(dòng)的原則，斷開輸入信號(hào)，從以下幾個(gè)方面進(jìn)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(méi)有錯(cuò)接、漏接的情況；然后利用萬(wàn)用表上的電壓檔測(cè)量接入的電源端和地端是否是預(yù)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(guò)“一看”觀察到的，可能會(huì)燒黑，或者有短路情況。而電位器損壞時(shí)外觀難以辨別，需用萬(wàn)用表對(duì)阻值進(jìn)行測(cè)試。③查晶體管。在電源正常的情況下，測(cè)量晶體管三個(gè)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(jí)；集電極電位等于電源電壓。此時(shí)，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，存在基極電阻開路故障。②基極與發(fā)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(jí)。此時(shí)，晶體管導(dǎo)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(fā)射極電位為11.5V。此時(shí)，發(fā)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(fā)射極電位為0V。此時(shí)，晶體管存在故障。⑤基極與發(fā)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(shí)，晶體管存在故障。(3)對(duì)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(wàn)用表二極管檔位進(jìn)一步測(cè)試確定，更換晶體管。將萬(wàn)用表打到二極管檔位，紅黑表筆分別插到基極、發(fā)射極，如果正向?qū)?.5～0.7V，反向?yàn)闊o(wú)窮大，說(shuō)明發(fā)射結(jié)是好的。如果不管紅黑表筆怎么插，數(shù)值都很小，約0.1V，說(shuō)明燒短路了。如果不管紅黑表筆怎么插，數(shù)值都是超量程，說(shuō)明發(fā)射結(jié)內(nèi)部開路了。同樣方法判斷集電結(jié)的好壞。②如果存在可能開路的故障，再利用萬(wàn)用表進(jìn)行線路通斷測(cè)量，進(jìn)一步確定故障的具體位置。具體操作方法如下：將萬(wàn)用表?yè)艿蕉O管測(cè)量檔，表筆插孔位置與電壓測(cè)量相同。將紅黑表筆分別放在需測(cè)量的連接線兩端，如果兩點(diǎn)電路之間是接通的，則萬(wàn)用表會(huì)發(fā)出“滴”聲；如果無(wú)聲音，說(shuō)明這兩點(diǎn)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(shí)輸出波形出現(xiàn)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(tài)工作點(diǎn)太低而導(dǎo)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(jù)分壓原理，此時(shí)應(yīng)減少Rp1。如果輸出波形底部失真，則是由于靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)高而導(dǎo)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(shí)，應(yīng)減小基極電阻Rp2。另一方面可以增大電壓UCE，此時(shí)，應(yīng)減小RC。如果輸出波形的頂部、底部都失真了，這說(shuō)明輸出信號(hào)過(guò)大，超過(guò)了放大電路的動(dòng)態(tài)范圍，此時(shí)需要減小輸入信號(hào)的幅值。(2)頻率失真。此時(shí)輸出波形與輸入波形不再滿足相位反相的關(guān)系，出現(xiàn)了超前相移或滯后相移。由放大電路的頻率響應(yīng)可知，如果出現(xiàn)了超前相移，說(shuō)明輸入信號(hào)頻率過(guò)低；如果出現(xiàn)了滯后相移，說(shuō)明輸入信號(hào)頻率過(guò)高。(3)如果輸出波形的幅值較小，通過(guò)對(duì)比輸入輸出波形的幅值發(fā)現(xiàn)電路的放大倍數(shù)只有幾倍或十幾倍，比預(yù)期小得多。此時(shí)，應(yīng)檢查發(fā)射極旁路電容CE是否正常工作。利用萬(wàn)用表進(jìn)行CE兩端線路的通斷測(cè)量；如果線路接觸良好，則可能電容CE故障。

3集成運(yùn)放構(gòu)成放大電路故障分析

分析圖2電路A1及外圍電路構(gòu)成反向比例運(yùn)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(hào)。即當(dāng)vi>0時(shí)，v01=-2vi；當(dāng)vi>0時(shí)，v01=-2vi。A2及其外圍電路構(gòu)成加法電路，v0=-(v01+R17×vi/RP2)，若Rp2調(diào)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(wú)問(wèn)題。該電源為正負(fù)12V供電，不能接反；電源模塊與集成運(yùn)放模塊要共地；兩個(gè)二極管正負(fù)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(yùn)算放大器741是否發(fā)熱。三查故障，按照第一級(jí)放大、第二級(jí)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(fù)反饋電阻斷開或者同相輸入端電阻斷開，確定外圍電路沒(méi)有問(wèn)題，則可能是芯片損壞，更換芯片后進(jìn)一步測(cè)試。如果v01波形正確，v0有問(wèn)題，用同樣方法排查，若改變Rp2輸出波形不變，則Rp2損壞。

4結(jié)語(yǔ)

采用故障排查三步法的重點(diǎn)在于“查”，這需要在理解電路原理、了解元器件特性的基礎(chǔ)上采用適當(dāng)?shù)膬x器進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)綜合判斷故障原因。尋找故障方法是靈活多變的，尤其對(duì)于復(fù)雜電路，根據(jù)豐富的經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚩焖贉?zhǔn)確地檢測(cè)故障并加以排除[4]，這需要在實(shí)踐中不斷總結(jié)，一步步積累，才能夠提高實(shí)踐能力。

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作者：孫艷麗 劉曉娣 王國(guó)慶 單位：海軍航空大學(xué)