Amplificator BJT Depanare

Small Signal Analysis of BJT (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Amplificator BJT Depanare

Dispozitive și circuite semiconductoare discrete


Intrebarea 1

În calitate de instructor de electronică, sunt chemat frecvent pentru a ajuta studenții să depisteze circuitele de laborator defectuoase. Când mă apropii de un circuit de auto-construit al unui student pentru a-l depana, totuși, încep procesul cu o mentalitate foarte diferită decât dacă aș fi depistat un circuit defect într-un loc de muncă real.

În afară de considerente de siguranță diferite și de un mediu de lucru foarte diferit, ce altceva credeți că aș putea lua în considerare diferit atunci când se apropie de un circuit construit de elev "# 1"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

În cazul în care circuitul în cauză nu este testat, literalmente ceva ar putea fi în neregulă cu ea.

Note:

Deși tehnica de depanare a sunetului va oferi în cele din urmă o soluție, solicitând întrebări "pre-diagnostice", cum ar fi aceasta, vă va spori considerabil eficiența ca instrument de depanare. Discutați acest lucru cu studenții, lămurindu-i, dacă este posibil, cu anecdote din propriile experiențe de depanare.

intrebarea 2

Examinați cu atenție următorul sistem stereo "component":

CD player-ul generează semnalul audio care trebuie amplificat, în timp ce egalizatorul / preamplificatorul modifică tonul semnalului pentru a se potrivi cu preferințele ascultătorului, iar amplificatorul de putere asigură o putere adecvată pentru a conduce difuzoarele.

Să presupunem că acest sistem are o problemă: niciun sunet nu iese din nici un difuzor. Toate componentele sistemului sunt pornite, după cum indică luminile de alimentare de pe panourile frontale. Toate butoanele de comandă par să fie poziționate în poziția corectă. CD player-ul indică faptul că discul este redat și că acesta redă în prezent o melodie. Cu toate acestea, în ciuda tuturor acestor indicatori buni, vorbitorii nu au auzit niciun sunet.

Fiind pregătit tot timpul pentru depanarea sistemelor electronice, aveți la dispoziție un multimetru digital pe care îl puteți utiliza pentru a verifica prezența semnalelor audio (setați contorul să măsoare milivolți AC). Toate cablurile de semnal audio (inclusiv cablurile difuzoarelor) pot fi deconectate pentru a asigura accesul sondei de măsurare a contorului.

La ce punct din sistem ați începe testarea pentru prezența semnalului audio "# 2"> Răspuns dezvăluiți Ascundeți răspunsul

Preferința mea personală ar fi să deconectați cablurile de ieșire de la unitatea de egalizator / preamplificator și să testați ieșirea semnalului acolo. Voi lăsa ceilalți pași până la tine, pentru a elabora discuții în clasă cu colegii tăi!

Note:

Discutați cu elevii dvs. despre modul în care aceasta este o aplicație ideală pentru strategia de "divizare și cucerire" a depanării, unde împărțiți calea semnalului în jumătăți, verificând prezența unui semnal la fiecare punct la jumătatea drumului, îngustând localizarea componentei defecte într-o manieră rapidă.

Întrebarea 3

Iată câțiva pași buni care trebuie făcuți înainte de a aplica strategii de depanare specifice unui circuit amplificator defect:

Măsurați semnalul de ieșire cu un osciloscop.
Determinați dacă amplificatorul primește un semnal bun de intrare.
Verificați dacă amplificatorul primește energie de bună calitate.

Explicați de ce luarea acestor pași simpli poate economisi mult timp în procesul de depanare. De exemplu, de ce vă deranjează verificarea semnalului de ieșire al amplificatorului dacă știți deja că nu se transmite ce se presupune? Care este exact puterea "de bună calitate" pentru un circuit amplificator?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Este de obicei o idee bună să verificați natura exactă a defecțiunii înainte de a continua strategiile de depanare, chiar dacă cineva v-a informat deja despre această problemă. Văzând disfuncționalitatea cu ochii voștri, această problemă poate fi mai bună decât dacă ați acționat pur și simplu pe descrierea altcuiva sau, mai rău, pe ipotezele proprii.

Motivul pentru verificarea semnalului de intrare ar trebui să fie ușor de înțeles. Vă las să răspundeți la asta!

Puterea "de bună calitate" constă în DC în intervalul de tensiune corespunzător al circuitului amplificator, cu o tensiune de undă neglijabilă.

Următoarea întrebare # 1: Să presupunem că descoperiți că amplificatorul "defect" nu primește deloc niciun semnal de intrare? Acest test scutește singur amplificatorul? Cum s-ar putea simula un semnal de intrare adecvat pentru amplificator, în scopul testării acestuia?

Următoarea întrebare # 2: explicați modul de măsurare a tensiunii de alimentare a sursei de alimentare, utilizând numai un multimetru digital. Cum ați măsura o buclă folosind un osciloscop?

Note:

În propria mea experiență, am descoperit acești pași pentru a fi economiști de timp înainte de a începe orice proces formal de depanare. În termeni generali, verificați ieșirea, verificați intrarea și verificați puterea .

Noii tehnicieni sunt adesea surprinși de cât de des problemele complexe pot fi cauzate de ceva la fel de simplu ca și puterea "murdară". Întrucât durează doar câteva momente pentru a verifica și poate duce la o gamă largă de probleme, nu este un efort pierdut.

Întrebarea 4

Amplificatorul în trei trepte prezentat aici are o problemă. În ciuda faptului că este alimentat cu o putere bună, "curată" DC și un semnal de intrare adecvat pentru amplificare, nu există semnal de ieșire absolut:

Explicați modul în care utilizați strategia de "divizare și cucerire" sau "împărțire cu două" pentru depistarea fazei de amplificare acolo unde este defectul. (Aici împărțiți calea semnalului în secțiuni diferite, apoi testați semnalul bun în punctele de-a lungul acelei căi, astfel încât să restrângeți problema până la jumătate din circuit, apoi la un sfert din circuit etc.)

Afișați liniile de demarcare în care ați diviza circuitul în secțiuni distincte și identificați punctele de test de intrare și ieșire pentru fiecare dintre aceste secțiuni.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Întrebare de provocare: cât de bine credeți că aceeași strategie de depanare ar funcționa pentru a localiza defecțiunea într- o anumită etapă de amplificare "note notes hidden"> Note:

Circuitele de amplificare multi-etapă se potrivesc bine strategiei de "divizare și cucerire" a problemelor, mai ales atunci când etapele sunt la fel de simetrice.

Întrebarea 5

Pentru a depana cu succes orice circuit electronic la nivelul componentelor, trebuie să aveți o bună înțelegere a funcției fiecărei componente în contextul acelui circuit. Amplificatoarele tranzistorice nu fac excepție de la această regulă. Următoarea schemă prezintă un circuit amplificator audio simplu, în două trepte:

Identificați rolul următoarelor componente în acest circuit amplificator audio:

Conductorul de 0, 47 μF conectat la microfon
Rezistența perechii de 220 k Ω și 27 k Ω
Conductorul electrolitic de 4, 7 μF conectat peste rezistența de 1, 5 k Ω
Conductorul electrolitic de 33 μF conectat la difuzor
Conductorul electrolitic de 47 μF conectat la șina de alimentare electrică

În plus, răspundeți la următoarele întrebări referitoare la designul circuitului:

Ce configurație este fiecare etapă (common-base, common-collector, common-emitter) "# 5"> Răspuns dezvălui Ascunde răspuns

Conductorul de 0, 47 μF conectat la microfon: transmite semnalul audio (AC), blochează tensiunea de polarizare DC de la atingerea microfonului
Pereții de rezistență 220 k Ω și 27 k Ω: stabilesc tensiunea de polarizare DC pentru prima etapă a tranzistorului
Conductorul electrolitic de 4, 7 μF conectat prin rezistența de 1, 5 k Ω: trece prin semnalul audio (AC) în jurul rezistorului emițătorului, pentru câștigul maxim de tensiune AC
Conductorul electrolitic de 33 μF conectat la difuzor: cuplează (AC) semnalul audio către difuzor în timp ce blochează tensiunea de polarizare DC din difuzor
Conductorul electrolitic de 47 μF conectat la șina de alimentare cu energie electrică "decuplează" orice semnal AC de la sursa de alimentare, asigurând o traiectorie cu impedanță redusă (scurt) la sol

Întrebarea privind necesitatea condensatorului de decuplare de 47 μF este dificil de răspuns, așa că voi elabora un pic aici. Decuplarea alimentării cu energie electrică este o practică bună de proiectare, deoarece poate împiedica o gamă largă de probleme. Tensiune de "torsiune" nu ar trebui să fie niciodată prezentă pe conductorii "ferăstrăului" sursei de alimentare, deoarece circuitele tranzistorului funcționează cel mai bine cu puterea de cc pură. Scopul unui condensator de decuplare este de a submina orice răsplată, indiferent de sursa sa, acționând ca o "impedanță redusă" a scurtcircuitului la sol pentru curent alternativ, fără a prezenta nici o încărcare la puterea DC.

Deși nu pare posibil la prima inspecție, lipsa unui condensator de decuplare în acest circuit amplificator audio poate duce de fapt la auto-oscilație (în cazul în care amplificatorul devine un generator de ton) în anumite condiții de alimentare și de sarcină! Dacă sursa de alimentare este slab reglată și / sau slab filtrată, prezența unui condensator de decuplare va diminua mult zgomotul "zgomotului" de frecvență de linie audiat în difuzor.

Pentru restul întrebărilor, vă voi lăsa să vă dați seama de răspunsuri pe cont propriu!

Note:

De altfel, acest circuit face un bun amplificator "intercom" pentru un proiect student. Folosind un difuzor dinamic mic pentru microfon și un alt difuzor (sau setul cu cască audio) pe capătul de recepție al unui cablu lung conectat la ieșirea amplificatorului, elevii pot vorbi cu ușurință între două camere dintr-o clădire sau chiar între clădiri.

Întrebarea 6

De multe ori, defecțiunile componentelor în circuitele tranzistorului vor determina o schimbare semnificativă a parametrilor DC (quiescent). Acesta este un avantaj pentru instrumentul de depanare, deoarece înseamnă că multe defecte pot fi localizate pur și simplu prin măsurarea tensiunilor DC (fără intrare de semnal) și compararea acelor tensiuni cu ceea ce se așteaptă. Partea cea mai dificilă, totuși, este determinarea nivelurilor de tensiune DC care se așteaptă la diferite puncte ale unui circuit amplificator.

Examinați acest circuit amplificator audio în două trepte și estimați tensiunile DC în toate punctele marcate cu litere aldine și săgeți ( A până la G ), în funcție de sol. Să presupunem că realizarea joncțiunilor PN va scădea cu 0, 7 volți, că efectele de încărcare asupra divizorului de tensiune sunt neglijabile și că curenții de colector și emițător ai tranzistorului sunt aproape aceeași magnitudine:

V A

V B

V C

V D

V E

V F

V G

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

V A = 0 volți (precis)

V B ≈ 0, 98 volți

V C ≈ 0, 28 volți

V D ≈ 7, 1 volți

V E ≈ 6, 4 volți

V F = 0 volți (cu precizie)

V G = 9 volți (precis)

Următoarele întrebări: explicați de ce tensiunile V A, V F și V G pot fi cunoscute cu precizie, în timp ce toate celelalte tensiuni DC din acest circuit sunt aproximative. De ce este util să știți când depanarea unui circuit amplificator greșit "notează ascuns"> Note:

Calculele folosite pentru a estima aceste valori sunt destul de simple și ar trebui să se dovedească nici un fel de dificultate pentru studenții care au cunoștințe de bază despre calculele circuitului DC (separatoare de tensiune, picături de tensiune în serie etc.).

Întrebarea 7

Studiați cu atenție acest circuit amplificator audio:

Apoi, determinați dacă tensiunea DC la fiecare punct de încercare (V TP1 până la V TP6 ) față de sol va crește, scădea sau rămâne aceeași pentru fiecare dintre condițiile de defect date:


eroareV TP1V TP2V TP3V TP4V TP5V TP6


R1 nu a reușitLa felLa fel


R2 a eșuatLa felLa fel


R3 a eșuatLa felLa fel


R4 a eșuatLa felLa fel


R5 nu a reușit să se deschidăLa felLa fel


Scurt între TP2 și solLa felLa fel


C2 nu a fost scurtatLa felLa fel


Colectorul Q1 nu a reușit să se deschidăLa felLa fel


Când analizați defecțiunile componentelor, luați în considerare numai o singură eroare la un moment dat. Adică, pentru fiecare rând din tabel, ar trebui să analizați circuitul ca și cum singurul defect din acesta este acela care apare în coloana din stânga a acelui rând.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă tensiunea se modifică la zero, am arătat 0 în tabel. Dacă creșterea sau scăderea este relativ mică, folosesc săgeți subțiri (↑ sau ↓). Dacă schimbarea este minunată, folosesc săgeți groase (⇑ sau ⇓).


eroareV TP1V TP2V TP3V TP4V TP5V TP6


R1 nu a reușitLa fel00La fel


R2 a eșuatLa felLa fel


R3 a eșuatLa felLa fel


R4 a eșuatLa felLa felLa fel


R5 nu a reușit să se deschidăLa fel≈ Același lucru≈ Același lucruLa fel


Scurt între TP2 și solLa fel00La fel


C2 nu a fost scurtatLa fel0La fel


Colectorul Q1 nu a reușit să se deschidăLa felLa fel


Următoarea întrebare: de ce nu testați tensiunile de puncte V TP1 sau V TP6 modificați vreodată "note hidden"> Note:

Am putut verifica tensiuni specifice prin construirea acestui circuit și defectarea fiecărei componente așa cum este descris. Deși nu am fost întotdeauna în măsură să prezic amploarea schimbării, aș putea anticipa întotdeauna direcția. Acest lucru este într-adevăr tot ceea ce ar trebui să fie de așteptat de la începutul studenților.

Aspectul cu adevărat important al acestei întrebări este ca elevii să înțeleagă de ce tensiunile punctului de test se modifică așa cum o fac. Discutați fiecare problemă cu elevii dvs. și cum se poate anticipa efectele doar prin privirile la circuit.

Întrebarea 8

Probabilitatea ca o anumită componentă să nu reușească în modul "deschis" este destul de des diferită de probabilitatea ca aceasta să nu funcționeze "scurtată". Pe baza cercetării pe care o faceți și a experienței personale cu ajutorul circuitelor electronice de depanare, determinați dacă următoarele componente sunt mai susceptibile de a nu fi deschise sau nu sunt scurtcircuitate (aceasta include pantaloni parțiali sau rezistenți la înaltă rezistență):

rezistori:
condensatoare:
Inductoare:
Transformers:
Transistoare bipolare:

Vă încurajez să cercetați informațiile despre modurile de defectare a acestor dispozitive, precum și să aflați din propria experiență de construire și depanare a circuitelor electronice.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rețineți că fiecare dintre aceste răspunsuri reprezintă doar cel mai probabil dintre cele două moduri de defectare, fie deschise, fie scurtcircuite, iar probabilitățile se pot schimba în condițiile de funcționare (de exemplu, întrerupătoarele pot fi mai predispuse la scurtcircuitare datorită contactelor sudate dacă sunt abuzați în mod obișnuit curent excesiv la închidere).

Rezistoare: deschise
Condensatoare: scurtcircuitate
Inductori: deschisi sau scurți la fel de probabil
Transformatoare: deschise sau scurte la fel de probabile
Transistors bipolar: scurtcircuitat

Următoarea întrebare: Când tranzistoarele bipolare nu sunt scurtcircuitate, scurta este de obicei aparentă între terminalele colectorului și emițător (deși toate cele trei terminale se pot înregistra scurtcircuate, ca și cum tranzistorul nu ar fi nimic mai mult decât o intersecție între trei fire). De ce crezi că e asta? Ce este vorba despre terminalul de bază care face mai puțin probabil să se "fuzioneze" cu celelalte terminale?

Note:

Subliniați studenților dvs. cum este importantă înțelegerea bunelor moduri de funcționare a defecțiunilor pentru o tehnică eficientă de depanare. Cunoașterea modului în care o componentă particulară este mai probabil să se deterioreze în condiții normale de funcționare permite instrumentului de depanare să facă mai multe judecăți atunci când evaluează cauza cea mai probabilă a unei defecțiuni a sistemului.

Desigur, o tehnică adecvată de depanare ar trebui să dezvăluie întotdeauna sursa problemei, indiferent dacă instrumentul de depanare are sau nu experiență în modurile de defectare ale anumitor dispozitive. Cu toate acestea, posedând o cunoaștere detaliată a probabilităților de insuficiență, se poate verifica mai întâi cele mai probabile surse de probleme, ceea ce duce, în general, la reparații mai rapide.

O organizație cunoscută sub numele de Centrul de analiză a fiabilității sau RAC publică analize detaliate ale modurilor de defectare pentru o gamă largă de componente, atât electronice, cât și non-electronice. Aceștia pot fi contactați la adresa 201 Mill Street, Roma, New York, 13440-6916. Datele pentru această întrebare au fost obținute din publicația RAC, Distribuții de mod de defectare a componentelor .

Întrebarea 9

Să presupunem că ați rezolvat următorul circuit de amplificator și ați găsit că semnalul de ieșire este "tăiat" pe vârfurile negative:

Dacă ați știut că acest amplificator a fost un design nou și nu s-ar putea să aibă toate dimensiunile corect dimensionate, ce tip de problemă ați suspecta în circuit "# 9"> Dezvăluiți răspunsul Ascundeți răspunsul

Acest amplificator, cel mai probabil, suferă de polarizare necorespunzătoare, care poate fi remediată prin modificarea valorii lui R 1 sau R 2 . (Vă voi lăsa să determinați în ce mod valoarea resistorului ales trebuie să fie modificată, să crească sau să scadă!)

Note:

Discutați cu elevii dvs. cum să determinați dacă tensiunea de polarizare este prea mare sau prea mică, pe baza formei de undă observate la ieșire. Nu este dificil să faceți acest lucru atâta timp cât elevii înțeleg de ce există polarizarea și cum funcționează.

Întrebarea 10

Să presupunem că ați depistat următorul circuit de amplificare și ați găsit că semnalul de ieșire va fi "tăiat" simetric atât pe vârfurile pozitive, cât și pe cele negative:

Dacă știați că acest amplificator a fost un design nou și că nu ați putea avea toate componentele corespunzătoare în mod corespunzător, ce tip de problemă ați suspecta în circuitul "# 10"> Dezvăluiți răspunsul Ascundeți răspunsul

Acest amplificator suferă un câștig excesiv, care poate fi remediat prin modificarea valorii lui R C sau R E. (Vă voi lăsa să determinați în ce mod valoarea resistorului ales trebuie să fie modificată, să crească sau să scadă!)

Desigur, schimbarea fiecăreia dintre aceste valori ale rezistenței va modifica punctul de bias ("Q") al amplificatorului, ceea ce poate necesita modificări ulterioare ale valorii fie a R1, fie a R2!

Note:

Discutați cu elevii dvs. cum să determinați modificările necesare în valorile rezistorului, pe baza determinării că câștigul este excesiv. Acest lucru este de fapt foarte ușor de făcut doar prin examinarea formulei de câștig pentru un amplificator comun emițător.

O altă opțiune care trebuie luată în considerare aici este adăugarea unei căi de semnal de feedback negativ pentru a îmbunătăți câștigul amplificatorului. Această modificare ar avea avantajul suplimentar de îmbunătățire a liniarității circuitelor.

Întrebarea 11

Acest circuit amplificator de putere audio de clasă B are o problemă: ieșirea sa este foarte distorsionată, asemănătoare cu jumătate de undă sinusoidală atunci când este testată cu un semnal de intrare de la un generator de funcții:

Afișează câteva dintre posibilele defecțiuni ale acestui sistem, pe baza semnalului de ieșire afișat de osciloscop. De asemenea, determinați ce componente, dacă există, sunt cunoscute ca fiind bune pe baza acelorași date:

Posibile defecțiuni în sistem:
Eroarea # 1:
Defecțiunea nr. 2:
Defecțiunea # 3:
Componente despre care se știe că sunt bine în sistem:
Componenta # 1:
Componenta # 2:
Componenta # 3:
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Mai întâi, dați seama că nu putem ști care este jumătate din circuitul push-pull, din cauza izolației transformatorului și a incertitudinii de polaritate. Rețineți că listele afișate aici nu sunt exhaustive.

Posibile defecțiuni în sistem:
Eroarea # 1: Tranzistorul Q 2 sau Q 3 nu a fost deschis
Defecțiunea # 2: Rezistorul R 5 sau R 8 nu a reușit să funcționeze
Defecțiunea # 3: Jumătate din bobina primară a transformatorului nu a reușit să se deschidă
Componente despre care se știe că sunt bine în sistem:
Componenta # 1: Înfășurarea secundară a transformatorului
Componenta # 2: Rezistor R 4
Componenta # 3: condensator de cuplare de intrare C 3

Următoarea întrebare # 1: Să presupunem că după încercarea acestui amplificator pe bancul dvs. de lucru cu o încărcătură "dummy" (rezistor de 8 Ω conectat la bornele difuzoarelor), ai observat că tranzistorul Q 2 a fost ușor cald la atingere, în timp ce tranzistorul Q3 era încă la temperatura camerei. Ce ar indica aceste informații suplimentare despre problema amplificatorului "// www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-3/common-sources-hazard/"> pericolele de siguranță implicate în atingerea unui tranzistor de putere într-un circuit de operare. Dacă doriți să comparați temperatura de funcționare a acestor două tranzistoare, cum puteți face în siguranță?

Note:

Simetria inerentă amplificatoarelor push-pull facilitează depanarea în anumite privințe. Ca întotdeauna, totuși, depanarea la nivel de componentă necesită o înțelegere detaliată a funcției componentei în contextul diagnosticului circuitului specific. Indiferent cât de "simplu" ar putea fi circuitul, un student va fi neputincios să îl depaneze până la nivelul componentei dacă nu înțelege cum și de ce funcționează fiecare componentă.

Oferind indiciul privind temperatura tranzistorului este importantă din două motive. În primul rând, furnizează mai multe date pe care studenții le pot utiliza pentru a confirma posibilitățile de defectare. În al doilea rând, subliniază importanța datelor neelectrice. Instrumentele de depanare eficiente fac utilizarea (sigur) a tuturor datelor disponibile atunci când investighează o problemă și care, adesea, necesită gândire creativă.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →