单级晶体管放大电路故障诊断分析方法.docx
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单级晶体管放大电路故障诊断分析方法
单级晶体管放大电路故障诊断分析方法
姓名：
班级：
12级应用电子
学号：
121050120
指导老师:
摘要：
单极晶体管放大电路故障诊断方法。
如1图所示，该电路由电阻，电容，晶体管等8个电子元器件构成。
电子故障可以分为高阻或断路故障；电容故障可以分为断路和短路故障；晶体管故障可以分为晶体管各引脚之间的短路故障或是断路故障。
由此可见看出至少有12种可能性，对应有12种不同的故障状态表现形式。
关键词：
放大电路、故障。
摘要………………………………………………………………………………………1
一、单极晶体管放大电路…………………………………………………………………3
二、电阻故障………………………………………………………………………………4
三、电容器故障……………………………………………………………………………6
四、晶体管故障……………………………………………………………………………7
参考文献……………………………………………………………………………………10
一、单极晶体管放大电路
如图1所示典型的单极晶体管放大电路中，流过晶体管的平均电流随着输入信号的变化增加或者减少，集电极负载电阻R3两端电压的变化反映了集电极电流的变化。
为了保证晶体管放大电路的交流输出不失真，集电极直流工作电压（即集电极和地之间的直流电压）应当和交流输出信的最大幅值相等大致为直流供电电压VCC的1/2。
电阻元件R1，R2，R4构成偏置电路，并且保证静态工作点电压稳定。
在单极晶体管放大电路中，多种因素都会引起静态工作点电压的变化，为了保证电路正常工作，静态工作点电压的稳定是非常重要的。
硅三极管构成的单级晶体管放大电路中，影响电路稳定性的最主要的原因是晶体管电流放大倍数hFE的变化。
即使是同时一型号的晶体管，电流放大倍数hFE的数值可能会在50至500之间。
如果不认真考虑电路的稳定措施，当更换晶体管时，就会引起工作点的显著变化，在偏置电路中，只要保证基极电压，VB不随基极电流变化，就可以保证直流工作点稳定。
为了实现这一目的，R1和R2的选用是要保证流过其上的电流工作点电压。
当忽略基极电流时，基极的直流工作电压由下决定：
Vb=（Vcc（R1+R2））XR2
另一方面，发射极电压VE由下式决定：
VE=VB-VBE
其中，VBE是基极和发射极之间的正向偏压，硅晶体管的典型值是0.7V左右。
此时的发射极电流为：
IE=VE/R4。
基极电流和集电极电流相比可以忽略，即IE=IC。
集电极直流电压VC由下式决定：
VC=VCC-ICR3.在这里由于VB被偏置分压电路固定保持不变，因此，集电极直流电压VC保持不变。
该电路中串联负反馈的效果。
当集电极电流增加时，集电极电压下降，发射极电流上升，发射极电压上升。
但是，基极电压VB是由分压器确定，发射极电压VE增大使得晶体管的基极和发射极之间是电压降低，进而使得集电极电流降低。
这样，晶体管集电极电压稳定在静态工作点。
为了保障晶体管放大电路的静态工作点不受其他直流电路电压的影响，同时还要传递交流输入/输出信号，在电路中，必须要接入交流耦合电容C1和C2，在低频放大电路中，为了实现隔直流通交流的目的，C1和C2的电容值要选的大一些（例如10uf）
交流旁路电容C3的作用是提供交流放大信号通路，避免因发射极电阻R4降低电路的交流放大倍数。
由于基极和发射极之间发射极阻抗很低，电容器C3的电容值必须要选大一些（例如100uf）。
图一所示的电路，当电路的电流放大系数很大，并且基极电流可以忽略不计时，电路的直流偏置电压可以用如下公式计算：
VB=（VCC/R1+R2））R2
=（12）/47千欧+12千欧）12欧=2.4v
VE=VB-VBE=2.4-0.7=1.7v
VC=VCC-ICR3
其中，IC=IE=VE/R4
VC=12-（3.05MA*2.2千欧）=12-6.7=5.3v。
上述电路中各点电压计算结果如下表所示。
在实际电路中，由于采用20千欧/V的仪表测量电压，此时的测量值稍稍有所不同，实际测量数值如下表所示。
这是由于偏置电路中的分压电阻误差为百分之十的缘故。
从以上两表中可以看到，计算值和测量值基本一致。
在判断电路故障之前，应该试算一下电路中各点理论电压值的大小，这样有助于发现和判断电路中的故障点。
下面我们分别讨论一下如图1所示单极晶体管放大电路中，各种电路故障现象和故障诊断、分析方法。
二、电阻故障
1.RI断路故障
当R1断路时，流过R2和晶体管基极电路的电流为0，晶体管处于关断状态，发射极和基极电压均为0.同时，由于集电极电流为0，集电极负载电阻R3上的压降为0.集电极电压等于VCC。
此时，电路中各点电压如图2所示。
电路输出为零。
2、R2断路故障
当R2断路时，原来流过R2的电流也将流入晶体管的基极。
但是，由于晶体管电流放大系数的限制，实际上流过R1的电流减少，即基极电压升高。
有雨基极电流的增加，使得晶体管处于饱和导通状态。
集电极电压和发射极的电压只有0.1V。
电路中各点电压如图3所示。
电路的输出变形，放大信号的负半波被削减。
3、R3断路故障
R3断路时，集电极电流为0，发射极电流由基极提供。
基极和发射极之间，相当于正向导通二极管，R4和R2并联。
由于R4的阻值很小（典型值为560欧姆），发射极电压很低。
此时，基极电压比发射极电压高0.65V。
电路中各点电压如图4所示。
由于集电极电阻R3断路，可以假定发射极电压为0.但是，在测量中，由于测量仪表的接入，对地有一高阻抗通路，通过测量仪表在基极和集电极之间有一微小电流流过。
4、R4断路故障
R4断路时发射极和地断开，晶体管中没有电流流过。
因此，集电极电压等于VCC。
基极电压是由分压电阻R1和R2决定，流过基极的电流与流过R2的电流相比较很小，基极电压几乎不变。
电路中各点的电压值如图5所示。
与R3断路故障时的情况一样，由于在发射极和地之间测量仪表的接入，电路中有微小电流通过，发射极电压比正常值略高。
三、电容器故障
1、C1或C2断路故障
在这类故障中，电路的偏置条件没有变化，只是耦合电容断开。
为了要确定究竟是哪一个电容器出现故障，需要使用示波器。
电路中各点的电压值如图6所示。
2、C3断路故障
这时电路的偏置条件同样没有变化，放大器的电压放大倍数下降。
这是由于C3断路时，交流信号在R4两端产生负反馈。
电压放大倍数由R3/R4决定，比给定值（约为4）低。
电路中各点的电压值如图7所示。
3、C3短路故障
当C3短路时，发射极电阻R4被短路，发射极电压为0，晶体管正向偏压增大进入饱和状态，流入晶体管的电流增加。
同时，由于晶体管电流被VCC/R3限定，可以防止晶体管的破坏。
此时，基极电压比发射极电压高0.7V左右。
电路中各点的电压如图8所示。
四、晶体管故障
1、晶体管集电极断开故障
当晶体管集电结断开时，集电极没有电流通过，测试点2处的电压上升至12V。
发射结处于正向导通状态，相当于一个二极管正向导通。
电路中各点电压如图9所示。
2、晶体管集电结被击穿短路故障
当晶体管集电结被击穿发生短路故障时，发射结和R4以及R3构成一个电流通路，该电路的阻抗值远远低于R1和R2所构成的电路的阻抗值，此时流过R4的电流为I=（VCC-VBE）/（R3+R4）=（12-0.7）/（2.76K）=4MA,发射极电压为I*R4=2.7V,TP1和TP2点处的电压比发射极电压高0.7v左右，基极和发射极所构成的二极管处于正向导通状态。
电路中各点电压值如图10所示。
3.晶体管发射结断路故障时，流过晶体管的电流0，R3和R4两端的电压降为0.因此，集电极电压上升为vcc，发射极电压降为0，基极电压有偏置电阻RL和R2决定，保持在2.3v
左右。
电路中各点电压值如图11所示。
4.晶体管发射结短路故障
当晶体管发射结被击穿产生短路故障时，R2和R4直接相连构成并联状态，TP1和TP2电压相等，电压值降低。
此时，晶体管的作用完全消失，集电极电压上升至vcc。
电路中各点电压如图12所示
5.集电极和发射极之间短路故障
当晶体管集电极和发射极之间产生短路故障时，发射极和基电级电压相等，其值又构成分压器的电阻R3和R4决定。
此时，基极电压保持为2.3v不变，发射极电压上升，发射结处于关断状态。
电路中个点电压如图13所示。
参考文献
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