放大电路实验故障分析

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摘要：模拟电路实验会不可避免地出现各种故障现象，分析故障产生的原因，排除故障可以提高实验技能，提高分析问题、解决问题的能力。以分立元器件及集成运算放大器构成的放大电路为例提出三步法进行故障排查，通过理论指导及实践经验，确定不同故障现象可能的原因，切实提高实践技能并加深对电路及器件的理解。

关键词：放大电路；故障分析；电子设备

为了使学生具有良好的工程素养和一定的创新意识，能够将所学理论解释用于处理相关专业领域实际问题，具备电子技术类应用型、技能型人才所必需的电子线路的分析、制作、测试及常见故障排查能力，在实验课程中应注重引导学生遇到问题学会分析排故。在各种电子设备中，放大电路的应用非常广泛。一个电子信息系统对信号最基本的处理就是放大，而且模拟电路多以放大电路为基础[1]。在实际应用中，如果放大电路出现故障，可能直接影响系统的正常运行，查找放大电路中的故障不管在电子技术实验中，还是在今后工作的电子设备维修中都有重要意义[2]。本文分别以分立元器件和集成运算放大器构成的放大电路为例进行常见故障排查分析。

1故障排查三步法

在实际电路中，电路可能因为人为或者元器件、线路等问题出现故障[3]，因此提出故障排查三步法如下。一看。在电路不通电的情况下，主要从外观上先看电路中的元器件是否正常、电解电容变形等问题，再看电路中元器件之间的连接是否有明显的开路，可能存在如元件的管脚悬空或短路现象。二摸。在通电的情况下用手接触各元器件，感触有无发烫现象。如有发烫可能电流或者电压超过额定值，也可能因为电路搭建错误，需立即断电，进行下一步排查。三查。排查故障通常是从左至右，按级排查。尤其是多级复杂电路，可先测第一级输出，观察示波器或者万用表结果，如果与理论分析结果相符可进行下一级故障排查。如果该级电路输出结果错误，需对该级电路中重点器件及易损坏器件进行进一步的故障确定。

2分立器件构成放大电路故障分析

以电压串联负反馈电路为例，电路如图1所示，如果电路能够正常工作，可利用函数信号发生器给放大电路提供交流信号源，通过示波器会观察到电压幅值及频率与理论相符的输出波形。如果出现了故障，在示波器中观察到的现象主要分为无波形输出和有波形但失真输出。按照逐级测试方法，测试VT1集电极波形若无波形，说明第一级放大电路有故障，以第一级电路故障为例进行下述检测，若第一级输出正常则用同样方法排查第二级故障。

2.1无输出波形故障

在放大电路中，晶体管要工作在放大区，静态工作点要求发射结正偏，UBE大于等于0.6V，集电结反偏，UCE大于UBE。利用万用表的电压档，分别测量晶体管的基极-发射极间的电压UBE，集电极-发射极间的电压UCE，以此判断晶体管是否工作在放大区。为保证放大电路具有一定的动态范围，UCE不能太小。(1)遵循先静后动的原则，断开输入信号，从以下几个方面进行检查。①查电源。首先查看电路上的电源、地端是否正常连接，有没有错接、漏接的情况；然后利用万用表上的电压档测量接入的电源端和地端是否是预定的电压值。②查电位器。电阻损坏概率较小，即使损坏通常是通过“一看”观察到的，可能会烧黑，或者有短路情况。而电位器损坏时外观难以辨别，需用万用表对阻值进行测试。③查晶体管。在电源正常的情况下，测量晶体管三个电极的电位与极间电压，以此判断电路中晶体管的好坏和偏置电路可能存在的故障。(2)主要有以下五种典型的故障情况。①基极电位非常小，大约在微伏级；集电极电位等于电源电压。此时，晶体管处于截止状态，存在基极电阻开路故障。②基极与发射极之间电压约0.5～0.7V，集电极电位非常小，大约在微伏级。此时，晶体管导通，存在集电极电阻开路故障。③基极电位等于基极电位，集电极电位也等于电源电压12V，发射极电位为11.5V。此时，发射极开路。④基极电位等于基极电位，集电极电位也等于电源电压，发射极电位为0V。此时，晶体管存在故障。⑤基极与发射极之间的电压约0.5～0.7V，集电极电位等于电源电压。此时，晶体管存在故障。(3)对于上述五种故障情况，处理方法如下。①如果晶体管存在故障，可用万用表二极管档位进一步测试确定，更换晶体管。将万用表打到二极管档位，红黑表笔分别插到基极、发射极，如果正向导通为0.5～0.7V，反向为无穷大，说明发射结是好的。如果不管红黑表笔怎么插，数值都很小，约0.1V，说明烧短路了。如果不管红黑表笔怎么插，数值都是超量程，说明发射结内部开路了。同样方法判断集电结的好坏。②如果存在可能开路的故障，再利用万用表进行线路通断测量，进一步确定故障的具体位置。具体操作方法如下：将万用表拨到二极管测量档，表笔插孔位置与电压测量相同。将红黑表笔分别放在需测量的连接线两端，如果两点电路之间是接通的，则万用表会发出“滴”声；如果无声音，说明这两点之间不连通。

2.2示波器中有输入波形和输出波形但输出波形失真

失真主要有以下几种情况。(1)非线性失真。此时输出波形出现顶部失真或底部失真。如果输出波形顶部失真，则是由于静态工作点太低而导致的截止失真。为了消除失真，需要增大基极电流、提高基极电位。根据分压原理，此时应减少Rp1。如果输出波形底部失真，则是由于静态工作点过高而导致的饱和失真。为了消除失真，一方面可以减小基极电流、降低基极电位。此时，应减小基极电阻Rp2。另一方面可以增大电压UCE，此时，应减小RC。如果输出波形的顶部、底部都失真了，这说明输出信号过大，超过了放大电路的动态范围，此时需要减小输入信号的幅值。(2)频率失真。此时输出波形与输入波形不再满足相位反相的关系，出现了超前相移或滞后相移。由放大电路的频率响应可知，如果出现了超前相移，说明输入信号频率过低；如果出现了滞后相移，说明输入信号频率过高。(3)如果输出波形的幅值较小，通过对比输入输出波形的幅值发现电路的放大倍数只有几倍或十几倍，比预期小得多。此时，应检查发射极旁路电容CE是否正常工作。利用万用表进行CE两端线路的通断测量；如果线路接触良好，则可能电容CE故障。

3集成运放构成放大电路故障分析

分析图2电路A1及外围电路构成反向比例运算放大器，且由于二极管D1，D2的作用，仅能放大正的电压信号。即当vi>0时，v01=-2vi；当vi>0时，v01=-2vi。A2及其外围电路构成加法电路，v0=-(v01+R17×vi/RP2)，若Rp2调为10k则v0=-(v01+vi)，改变Rp2输出波形幅值变化。采用三步法，一看电路连线有无问题。该电源为正负12V供电，不能接反；电源模块与集成运放模块要共地；两个二极管正负极连接是否正确；同相输入端电阻是否接地。二摸器件尤其是集成运算放大器741是否发热。三查故障，按照第一级放大、第二级放大的顺序排查，查看v01波形，如果输出电压接近电源电压，可能负反馈电阻断开或者同相输入端电阻断开，确定外围电路没有问题，则可能是芯片损坏，更换芯片后进一步测试。如果v01波形正确，v0有问题，用同样方法排查，若改变Rp2输出波形不变，则Rp2损坏。

4结语

采用故障排查三步法的重点在于“查”，这需要在理解电路原理、了解元器件特性的基础上采用适当的仪器进行测试，根据测试数据综合判断故障原因。寻找故障方法是灵活多变的，尤其对于复杂电路，根据丰富的经验能够快速准确地检测故障并加以排除[4]，这需要在实践中不断总结，一步步积累，才能够提高实践能力。

参考文献

[1]门赫.电子实验中的故障构成与分析[J].镇江高专学报,2005(7):104-106.

[2]刘建敏,俞秋.高校本科化学实验教学改革探索[J].高校实验室工作研究,2011(107):28-29.

[3]李欣茂,黄家敏,陈飞胜.电工技术实验装置常见故障维修[J].实验室研究与探索,2012(4):240-242.

[4]陈晓明.电工技术在具体实验操作中的故障分析与解决方法[J].电子技术与软件工程,2016(14):241.

作者：孙艳丽 刘晓娣 王国庆 单位：海军航空大学