BJT Forstærker Fejlfinding

Emitter-Bias Configuration (Solved Problem) (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

BJT Forstærker Fejlfinding

Diskrete halvleder enheder og kredsløb


Spørgsmål 1

Som instruktør af elektronik bliver jeg ofte opfordret til at hjælpe eleverne med at fejle deres funktionsdygtige laboratoriekredsløb. Når jeg nærmer mig en elevs selvopbyggede kredsløb til fejlfinding af det, begynder jeg dog ofte processen med en helt anden tankegang, end hvis jeg fejler fejlfinding af et funktionssystem på et rigtigt jobsite.

Bortset fra forskellige sikkerhedsmæssige overvejelser og et meget andet arbejdsmiljø, hvad tror du mere, jeg kan overveje anderledes, når jeg nærmer mig et elevbygget kredsløb "# 1"> Reveal svar Skjul svar

Hvis det pågældende kredsløb ikke er trykket, kan noget i det hele taget være forkert.

Bemærkninger:

Selvom lydfejlfindingsteknik i sidste ende vil give en løsning, spørger "pre-diagnostic" spørgsmål som dette vil forbedre din effektivitet som en fejlfinding. Diskuter dette med dine elever, oplys dem om muligt med anekdoter fra dine egne fejlfindingserfaringer.

Spørgsmål 2

Undersøg følgende "komponent" stereoanlæg nøje:

CD-afspilleren genererer lydsignalet, som skal forstærkes, mens equalizer / preamp ændrer signalets tone for at passe lytterens præferencer, og strømforstærkeren giver tilstrækkelig strøm til at drive højttalerne.

Antag, at dette system har et problem: ingen lyd overhovedet kommer ud af begge højttalere. Alle komponenter i systemet tændes, som angivet ved strømbelysning på frontpanelerne. Alle kontrol knapper synes også at være indstillet til deres rigtige positioner. CD-afspilleren angiver, at disken afspilles, og at den for tiden spiller en sang. På trods af alle disse gode indikatorer er der dog ingen lyd fra højttalerne.

For altid at være forberedt på fejlfinding af elektroniske systemer, har du et digitalt multimeter tæt ved, som du kan bruge til at kontrollere tilstedeværelsen af ​​lydsignaler (indstil måleren til måling af AC millivolts). Alle lydsignalkabler (herunder højttalerkablerne) kan være trukket ud for at give adgang til målerens testprober.

På hvilket tidspunkt i systemet vil du begynde at teste for tilstedeværelsen af ​​et lydsignal "# 2"> Reveal svar Skjul svar

Min personlige præference ville være at tage udgangskablerne ud af equalizer / preamp-enheden og test for signaludgang der. Jeg forlader de andre trin op til dig for at uddybe i klassediskussionen med jeres jævnaldrende!

Bemærkninger:

Diskuter med dine elever, hvordan dette er en ideel applikation til "splittelse og erobre" -strategien for fejlfinding, hvor du deler signalvejen i halvdele, kontrollerer tilstedeværelsen af ​​et signal ved hvert halvvejspunkt, indsnævrer ind på placering af den fejlede komponent på en hurtig måde.

Spørgsmål 3

Her er et par gode skridt til at tage forud for anvendelse af specifikke fejlfindingsstrategier til et fejlagtigt forstærker kredsløb:

Mål udgangssignalet med et oscilloskop.
Bestem om forstærkeren modtager et godt indgangssignal.
Kontroller at forstærkeren modtager god kvalitet.

Forklar hvorfor det tager meget tid at tage disse enkle trin i fejlfindingsprocessen. Hvorfor forstyrrer du for eksempel forstærkerens udgangssignal, hvis du allerede ved, at den ikke udsender hvad den skal? Hvad udgør netop "god kvalitet" strøm til et forstærkerkredsløb?

Reveal svar Skjul svar

Det er normalt en god ide at verificere fejlfunktionens nøjagtige karakter, før du fortsætter med fejlfindingsstrategier, selvom nogen allerede har informeret dig om problemet. At se fejlen med dine egne øjne kan belyse problemet bedre, end hvis du simpelthen handlede på andres beskrivelse eller endnu værre end dine egne antagelser.

Begrundelsen for at kontrollere indgangssignalet skal være let at forstå. Jeg lader dig besvare denne!

"God kvalitet" strøm består af DC inden for korrekt spændingsområde for forstærker kredsløb, med ubetydelig ripplespænding.

Opfølgningsproblem # 1: Antag at du opdager, at den "defekte" forstærker faktisk ikke modtager noget indgangssignal? Afmonterer denne test forstærkeren selv? Hvordan ville du måske simulere et korrekt indgangssignal til forstærkeren med det formål at teste det?

Opfølgningsproblem nr. 2: Forklar hvordan man måler strømforsyningens rippelspænding ved kun at anvende et digitalt multimeter. Hvordan ville du måle ripple ved hjælp af et oscilloskop?

Bemærkninger:

I min egen erfaring har jeg fundet disse trin til at være værdifulde tidsbesparende, inden du begynder en formel fejlfindingsproces. Generelt skal du tjekke for output, kontrollere for input og tjek for strøm .

Nye teknikere er ofte overrasket over, hvor ofte komplekse problemer kan skyldes noget så simpelt som "snavset" strøm. Da det kun tager et øjeblik at kontrollere, og det kan føre til en lang række problemer, er det ikke spildt arbejde.

Spørgsmål 4

Den tre-trins forstærker vist her har et problem. På trods af at der leveres god, "ren" DC-strøm og et tilstrækkeligt indgangssignal til at forstærke, er der intet udgangssignal overhovedet:

Forklar, hvordan du vil bruge "divide and conquer" eller "divide by two" -strategien for fejlfinding for at lokalisere forstærkningsfasen, hvor fejlen er. (Her deler du signalvejen i forskellige sektioner, test derefter for et godt signal ved punkterne langs den pågældende vej for at indsnævre problemet ned til halvdelen af ​​kredsløbet, så til en fjerdedel af kredsløbet osv.)

Vis linjerne af afgrænsning, hvor du vil opdele kredsløbet i forskellige sektioner og identificere input- og output-testpunkter for hver af disse sektioner.

Reveal svar Skjul svar

Udfordringsspørgsmål: Hvor godt antager du, at den samme fejlfindingsstrategi ville fungere for at lokalisere fejlen inden for et bestemt forstærkningstrin? Noter skjult?> Noter:

Multi-stage forstærker kredsløb lænner sig godt til "splittelse og erobre" strategi for fejlfinding, især når stadierne er så symmetriske som disse.

Spørgsmål 5

For at kunne fejre ethvert elektronisk kredsløb til komponentniveauet skal man have en god forståelse for hver komponents funktion inden for rammerne af kredsløbet. Transistorforstærkere er ingen undtagelse fra denne regel. Følgende skematiske viser et simpelt to-trins lydforstærkerkredsløb:

Identificer rollen af ​​følgende komponenter i dette lydforstærkerkredsløb:

Den 0, 47 μF kondensator forbundet til mikrofonen
220 kΩ og 27 kΩ resistorpar
Den 4, 7 μF elektrolytiske kondensator forbundet over 1, 5 k Ω modstanden
Den 33 μF elektrolytkondensator forbundet til højttaleren
Den 47 μF elektrolytkondensator tilsluttet strømforsyningsskinnen

Desuden besvare følgende spørgsmål vedrørende kredsløbets design:

Hvilken konfiguration er hvert trin (common-base, common-collector, common-emitter) "# 5"> Reveal svar Skjul svar

Den 0, 47 μF kondensator forbundet til mikrofonen: passerer (AC) lydsignal, blokkerer DC-biaspænding fra at nå mikrofon
220 kΩ og 27 kΩ resistorpar: indstiller DC-biaspænding til første transistor-fase
Den 4, 7 μF elektrolytkondensator forbundet over 1, 5 k Ω modstanden: bypasses (AC) lydsignal omkring emitter modstand, for maksimal vekselstrømsspænding forstærkning
Den 33 μF elektrolytkondensator forbundet til højttaleren: Par (AC) lydsignal til højttaler, mens spærring af DC-biaspænding fra højttaler
Den 47 μF elektrolytkondensator tilsluttet strømforsyningsskinnen: " afbryder " ethvert vekselstrømssignal fra strømforsyningen ved at give en lavimpedans (kort) sti til jorden

Spørgsmålet om nødvendigheden af ​​47 μF afkoblingskondensatoren er vanskelig at svare, så jeg vil uddybe lidt her. Afkobling af strømforsyningen er en god designpraksis, fordi den kan afværge en lang række problemer. AC "ripple" spænding bør aldrig være til stede på strømforsyningens "ledere" ledere, da transistor kredsløb fungerer bedst med ren DC effekt. Formålet med en afkoblingskondensator er at undertrykke enhver krusning, uanset dens kilde, ved at fungere som en lavimpedans "kort" til jord for vekselstrøm, uden at der fremlægges nogen belastning til DC-strømmen.

Selv om det måske ikke forekommer muligt ved første inspektion, kan manglen på en afkoblingskondensator i dette lydforstærkerkredsløb faktisk føre til selvoscillation (hvor forstærkeren bliver en tonegenerator) under visse strømforsyning og belastningsforhold! Hvis strømforsyningen er dårligt reguleret og / eller dårligt filtreret, vil tilstedeværelsen af ​​en afkoblingskondensator i høj grad mindske den line-frekvens "hum" -støj, der høres i højttaleren.

For de øvrige spørgsmål giver jeg dig mulighed for at finde ud af svar på egen hånd!

Bemærkninger:

I øvrigt udgør dette kredsløb en god "intercom" -forstærker til et elevprojekt. Ved hjælp af en lille dynamisk højttaler til mikrofonen og en anden højttaler (eller lydhovedtelefon) på modtageren af ​​et langt kabel forbundet med forstærkerens udgang, kan eleverne nemt tale mellem to værelser i en bygning eller endda mellem bygninger.

Spørgsmål 6

Ofte vil komponentfejl i transistor kredsløb forårsage signifikant forskydning af DC (hvilende) parametre. Dette er en fordel for fejlfindingen, da det betyder, at mange fejl kan lokaliseres ved blot at måle DC spændinger (uden signalindgang) og sammenligne disse spændinger med det, der forventes. Den sværeste del er dog at bestemme, hvilke DC spændingsniveauer man kan forvente på forskellige punkter i et forstærkerkredsløb.

Undersøg dette to-trins lydforstærkerkreds, og estimer jævnspændingen på alle punkter markeret med fed bogstaver og pile ( A til G ), med henvisning til jord. Antag, at ledende PN-krydsninger vil falde 0, 7 volt, at belastningseffekter på spændingsdeleren er ubetydelige, og at transistorens samler- og emitterstrømme er stort set den samme størrelsesorden:

V A

V B

V C

V D

V E

V F

V G

Reveal svar Skjul svar

V A = 0 volt (netop)

V B ≈ 0, 98 volt

V C ≈ 0, 28 volt

V D ≈ 7, 1 volt

V E ≈ 6, 4 volt

V F = 0 volt (netop)

V G = 9 volt (netop)

Opfølgningsspørgsmål: Forklar hvorfor spændingerne V A, V F og V G kan være præcist kendt, mens alle de øvrige DC spændinger i dette kredsløb er omtrentlige. Hvorfor er det nyttigt at vide, hvornår fejlsøgning af et fejlet forstærker kredsløb "noter skjult"> Noter:

De beregninger, der anvendes til at estimere disse værdier, er ret enkle og bør ikke være til nogen problemer for eleverne at udlede, der har et grundlæggende kendskab til DC-kredsløbsregninger (spændingsdelere, serie spændingsfald osv.).

Spørgsmål 7

Undersøg dette lydforstærkerkredsløb tæt:

Derefter skal du bestemme, om DC spændingen ved hvert testpunkt (V TP1 til V TP6 ) i forhold til jord vil øge, mindske eller forblive det samme for hver af de givne fejlbetingelser:


FejlV TP1V TP2V TP3V TP4V TP5V TP6


R1 mislykkedes åbentSammeSamme


R2 mislykkedes åbentSammeSamme


R3 mislykkedes åbentSammeSamme


R4 mislykkedes åbentSammeSamme


R5 mislykkedes åbentSammeSamme


Kort mellem TP2 og jordenSammeSamme


C2 mislykkedes kortereSammeSamme


Q1-samleren mislykkedes åbentSammeSamme


Når du analyserer komponentfejl, overvej kun en fejl ad gangen. Det vil sige, for hver række i bordet, skal du analysere kredsløbet som om den eneste fejl i den er den, der er angivet i den øverste venstre kolonne af den pågældende række.

Reveal svar Skjul svar

Hvis spændingen ændres til nul, viser jeg 0 i tabellen. Hvis stigningen eller nedgangen er forholdsvis lille, bruger jeg tynde pile (↑ eller ↓). Hvis ændringen er god, bruger jeg tykke pile (⇑ eller ⇓).


FejlV TP1V TP2V TP3V TP4V TP5V TP6


R1 mislykkedes åbentSamme00Samme


R2 mislykkedes åbentSammeSamme


R3 mislykkedes åbentSammeSamme


R4 mislykkedes åbentSammeSammeSamme


R5 mislykkedes åbentSamme≈ Samme≈ SammeSamme


Kort mellem TP2 og jordenSamme00Samme


C2 mislykkedes kortereSamme0Samme


Q1-samleren mislykkedes åbentSammeSamme


Opfølgningsspørgsmål: hvorfor test ikke punktspændinger V TP1 eller V TP6 ændres evt. "Noter skjult"> Noter:

Jeg kunne kontrollere bestemte spændinger ved at opbygge dette kredsløb og fejl hver komponent som beskrevet. Selv om jeg ikke altid kunne forudsige størrelsen af ​​ændringen, kunne jeg altid forudsige retningen. Dette er virkelig alt, hvad man bør forvente af begynderstuderende.

Det virkelig vigtige aspekt ved dette spørgsmål er, at de studerende forstår, hvorfor testpunktspændingerne ændres som de gør. Diskuter hver fejl med dine elever, og hvordan man kan forudsige effekten ved blot at se på kredsløbet.

Spørgsmål 8

Sandsynligheden for, at en given komponent vil mislykkes i "åben" -tilstanden, er ganske ofte ikke det samme som sandsynligheden for, at den vil mislykkes "shorted." På baggrund af den forskning, du gør og din egen personlige erfaring med fejlfinding af elektroniske kredsløb, skal du afgøre, om Følgende komponenter er mere tilbøjelige til at mislykkes åben eller mislykkes kort (dette omfatter delvis eller høj modstand, shorts):

modstande:
kondensatorer:
Spoler:
Transformers:
Bipolære transistorer:

Jeg opfordrer dig til at undersøge oplysninger om disse enheds svigtningsmetoder, samt at opsamle dine egne erfaringer med at opbygge og fejlfinding elektroniske kredsløb.

Reveal svar Skjul svar

Husk, at hver af disse svar blot repræsenterer det mest sandsynlige af de to fejltilstande, enten åbne eller kortere, og at sandsynlighederne kan skifte under driftsbetingelser (dvs. omskiftere kan være mere tilbøjelige til at mangle kortere på grund af svejsede kontakter, hvis de rutinemæssigt misbruges med overdreven strøm ved lukning).

Modstande: åben
Kondensatorer: shorted
Induktorer: åben eller kort lige så sandsynlig
Transformatorer: åben eller kort lige sandsynlig
Bipolære transistorer: shorted

Opfølgningsspørgsmål: Når bipolære transistorer ikke kortsluttes, er korten sædvanligvis tilsyneladende mellem samler- og emitterterminalerne (selv om nogle gange kan alle tre terminaler registreres kort, som om transistoren ikke var mere end et kryds mellem tre ledninger). Hvorfor antager du det er? Hvad handler det om baseterminalen, som gør det mindre sandsynligt at "fuse" med de andre terminaler?

Bemærkninger:

Fremhæv dine elever, hvordan en god forståelse af almindelige fejltilstande er vigtig for effektiv fejlfindingsteknik. At vide, hvilken vej en bestemt komponent er mere tilbøjelig til at mislykkes under normale driftsforhold gør det muligt for fejlfinderen at foretage bedre vurderinger ved vurderingen af ​​den mest sandsynlige årsag til systemfejl.

Selvfølgelig bør korrekt fejlfindingsteknik altid afsløre kilden til problemer, uanset om fejlfindingsprogrammet har nogen erfaring med fejlfunktionerne for bestemte enheder. Men ved at have et detaljeret kendskab til fejl sandsynligheder kan man kontrollere de mest sandsynlige kilder til problemer først, hvilket generelt fører til hurtigere reparationer.

En organisation, der hedder Pålidelighedsanalysesenteret, eller RAC, offentliggør detaljerede analyser af fejltilstande for en lang række komponenter, såvel elektronisk som ikke-elektronisk. De kan kontaktes ved 201 Mill Street, Rom, New York, 13440-6916. Data for dette spørgsmål blev hentet fra RAC's publikation, delfejlmodusfordelinger .

Spørgsmål 9

Antag, at du fejler følgende forstærkerkreds, og fandt udgangssignalet at blive "klipet" på de negative toppe:

Hvis du vidste, at denne forstærker var et nyt design, og måske ikke har alle dens komponenter korrekt dimensioneret, hvilken type problem ville du have mistanke om i kredsløbet "# 9"> Reveal svar Skjul svar

Denne forstærker lider sandsynligvis af ukorrekt forspænding, hvilket kan afhjælpes ved at ændre værdien af ​​R1 eller R2. (Jeg vil lade dig bestemme, hvilken vej den valgte modstandsværdi skal ændres, øges eller formindskes!)

Bemærkninger:

Diskuter med dine elever, hvordan man bestemmer om forspændingen er for stor eller for lille, baseret på den observerede outputbølgeform. Det er ikke svært at gøre så længe eleverne forstår, hvorfor forspænding eksisterer og hvordan det fungerer.

Spørgsmål 10

Antag, at du fejler det følgende forstærkerkreds og fandt udgangssignalet symmetrisk "klipet" på både de positive og negative toppe:

Hvis du vidste, at denne forstærker var et nyt design, og måske ikke har alle dens komponenter korrekt dimensioneret, hvilken type problem ville du have mistanke om i kredsløbet "# 10"> Reveal svar Skjul svar

Denne forstærker lider af for stor forstærkning, som kan afhjælpes ved at ændre værdien af ​​R C eller R E. (Jeg vil lade dig bestemme, hvilken vej den valgte modstandsværdi skal ændres, øges eller formindskes!)

Selvfølgelig vil ændring af disse modstandsværdier ændre forstærkerens forspændingspunkt ("Q"), hvilket kan nødvendiggøre efterfølgende ændringer i værdien af ​​enten R1 eller R2!

Bemærkninger:

Diskuter med dine elever hvordan man bestemmer de nødvendige ændringer i modstandsværdierne, baseret på bestemmelsen om, at gevinsten er overdreven. Dette er faktisk meget nemt at gøre bare ved at undersøge forstærkningsformlen for en common-emitter forstærker.

En anden mulighed for at overveje her er tilføjelsen af ​​en negativ feedback signalvej for at tæmme forstærkerens gevinst. Denne modifikation ville have den ekstra fordel at forbedre kredsløbets linearitet.

Spørgsmål 11

Dette klasse B lydforstærkerkreds har et problem: dets udgang er meget forvrænget, der ligner halvdelen af ​​en sinusbølge, når den testes med et indgangssignal fra en funktionsgenerator:

Skriv nogle af de mulige fejl i dette system, baseret på det udgangssignal, der vises af oscilloskopet. Bestem også hvilke komponenter der er kendt for at være gode ud fra de samme data:

Mulige fejl i systemet:
Fejl # 1:
Fejl # 2:
Fejl # 3:
Komponenter kendt for at være okay i systemet:
Komponent nr. 1:
Komponent nr. 2:
Komponent nr. 3:
Reveal svar Skjul svar

For det første indser vi, at vi ikke kan vide, hvilken halvdel af push-pull-kredsløbet der er mislykket på grund af transformationens isolation og den resulterende usikkerhed om polaritet. Bemærk venligst, at listerne her ikke er udtømmende.

Mulige fejl i systemet:
Fejl # 1: Transistor Q 2 eller Q 3 mislykkedes åbent
Fejl # 2: Modstand R 5 eller R 8 mislykkedes åben
Fejl # 3: Halvdelen af ​​transformatorens primære vikling lykkedes ikke
Komponenter kendt for at være okay i systemet:
Komponent # 1: Sekundær vikling af transformer
Komponent nr. 2: Modstand R 4
Komponent nr. 3: Indgangskoblingskondensator C 3

Opfølgningsproblem nr. 1: Antag at efter at have testet denne forstærker på din arbejdsbænk med en "dummy" -belastning (8 Ω modstand forbundet med højttalerklemmerne), skete du at bemærke, at transistor Q 2 var lidt varm til berøring, mens transistoren Q3 var stadig ved stuetemperatur. Hvad ville denne ekstra information angive om forstærkerens problem "// www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-3/common-sources-hazard/"> sikkerhedsrisici involveret ved at berøre en strømtransistor i et driftskreds. Hvis du ønskede at sammenligne driftstemperaturen for disse to transistorer, hvordan kunne du sikkert gøre det?

Bemærkninger:

Den symmetri, der er forbundet med push-pull-forstærkere, gør det lettere at foretage fejlfinding i nogle henseender. Som altid kræver fejlfinding på komponentniveau en detaljeret forståelse af komponentfunktionen inden for rammerne af det specifikke kredsløb, der diagnosticeres. Uanset hvordan "simpel" kredsløbet kan være, vil en elev være hjælpeløs til at fejle det ned til komponentniveauet, medmindre de forstår, hvordan og hvorfor hver komponent fungerer.

At give clue om transistor temperatur er vigtigt af to grunde. For det første giver det flere data, som eleverne kan bruge til at bekræfte fejlmuligheder. For det andet understreger det betydningen af ​​ikke-elektriske data. Effektive fejlfindingsprogrammer gør (sikker) brug af alle tilgængelige data, når du undersøger et problem, og det kræver ofte kreativ tænkning.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →