典型电子线路故障分析

第1页共9页模电典型电子线路故障分析一、半导体基础知识1.本征半导体完全纯净的半导体，称为本征半导体。价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。这一现象称为本征激发。2.杂质半导体在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。在P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。3.PN结的形成4.PN结的单向导电性(1)PN结加正向电压（正向偏置）PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。(2)PN结加反向电压（反向偏置）反之，PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。5.PN结的性质——PN结的单向导电性PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。二、半导体二极管1.二极管的单向导电性：阴极阳极D第2页共9页模电（1）二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。（2）二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。（3）外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。（4）二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。2.二极管电路分析等效处理：若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。否则，正向管压降为：硅管0.7V；锗管0.3V。例：求Uab电压三、三极管结构和图形符号1.三极管结构和图形符号三极管是一个三层结构、内部具有两个PN结的器件，它的中间层称为基区，基区的两边分别称为发射区和集电区，三极管的发射区和集电区是同类型的半导体，所以三极管有两种半导体类型，如图1—2—4所示，三极管的基区半导体类型与发射区和集电区不同，所以在基区与发射区，基区和集电区之间分别形成两个PN结，发射区与基区之间的PN结称为发射结，而集电区与基区之间的PN结称为集电结，三个区引出的电极分别称为基极B（b）、发射极E（e）和集电极C（c）。D6V12V3kBAUAB+–第3页共9页模电NPN型：结构符号PNP型：结构符号图1—2—4三极管的结构和图形符号三极管符号中发射极的箭头表示发射结加正向电压时电流方向，三极管的文字符号为V。.2.三极管内电流分配规律：IE=IC+IB3.三极管的电流放大作用：IC=βIB4.三极管的伏安特性曲线三极管的输出特性曲线研究集电极电流IC与电压UCE之间的关系，是在基极电流IB一定的情况下测试出来的。由三极管的输出特性曲线可以看出，三极管工作时有三个可能的工作区域。2.输出特性IC(mA)12341234UCE(V)36912UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100AIB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB，称为线性区（放区）。当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关：IC=IB。第4页共9页模电四、固定偏置放大电路原理与分析利用电子器件把微弱的电信号（电压、电流、功率）增强到所需值的电路称为放大电路，它在实践中有非常广泛的应用。无论日常使用的收音机、扩音器或者精密的测量仪器和复杂的自动控制系统，其中都有各种各样的放大电路。所谓放大表面看来是将信号的幅度由小增大，但是放大的本质是实现能量的控制。由于输入信号的能量过于微弱，不足以推动负载，因此需要另外提供一个能源，由能量较小的输入信号控制，使之输出较大的能量，然后推动负载。1．电路的组成IC(mA)12341234UCE(V)36912UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100AIB=020A40A60A80A100A此区域中UCEUBE,集电结正偏，集电极电流不再受基极电流的控制，UCE0.3V，称为饱和区。IC(mA)12341234UCE(V)36912UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100AIB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,UBE死区电压，称为截止区。第5页共9页模电元器件作用三极管V电流控制作用，可以将微小的基极电流变化量转换成较大的集电极电流变化量。基极偏置电阻Rb和RP＇Vcc经Rb和RP＇为三极管提供合适的基极电流IB（称为基极偏置电流）。集电极负载电阻Rc将集电极电流的变化量变换成集电极电压的变化量。耦合电容C1和C2一是隔直流，使三极管中的直流电流与输入端之前的以及输出端之后的直流电路隔开，不受它的影响；二是通交流，当C1、C2的电容量足够大时，它们对交流信号呈现的容抗很小，可以近似认为短路，这样就可以让交流信号顺利通过。电源VCC提供能量2．估算静态工作点当放大电路未加信号，即ui=0时，称为静态。定义：这时的直流电流IB、IC和直流电压UBE、UCE，称为静态工作点，或者简称为Q点，分别用IBQ、ICQ和UCEQ表示。IBQ＝bBEQCCRU-U≈bCCRUICQ＝βIBQ＋ICEQ≈βIBQUCEQ=UCC—ICQRc第6页共9页模电3．用图解法分析静态工作点(1)作直流负载线。方法：根据uCE=VCC-iCRC式确定两个特殊点令uCE=0，则iC=VCC/Rc，在输出特性曲线纵轴（IC轴）可得M点。令iC=0，则uCE=VCC，在输出特性曲线横轴（UCE轴）可得N点。连接M、N，便可得到直流负载线MN，Rc越小，直流负载线越陡。(2)确定静态工作点输出特性曲线上IB=IBQ的曲线与直流负载线MN的交点Q即为静态工作点，它的横坐标是UCEQ，纵坐标是ICQ。4．电路失真：饱和失真、截止失真5．固定偏置放大电路的检修第7页共9页模电故障举例：1、无声，输出电压12V可能故障范围：PR1开路、R6开路、三极管开路2、无声，输出电压0V可能故障范围：RP2开路、三极管CE击穿3、声音失真：可能故障范围：RP1、RP2开路参数设置不当输入信号过大五、串联型稳压电路1．电路组成mp3音乐播放器扬声器单管放大电路板第8页共9页模电其方框图如图所示。它由基准电压电路、取样电路、比较放大电路和调整管组成。三极管V5和V6管组成复合调整管，接成射极输出形式，因为它与负载RL相串联，所以称为串联型直流稳压电路。12345678910111213141516ABCD16151413121110987654321DCBATitleNumberRevisionSizeA0Date:29-May-2005SheetofFile:D:\模拟电路编写\模拟电子电路教材\附图\模拟电子电路教材.ddbDrawnBy:调整管比较放大电路基准电路取样电路＇++--iUoU稳压管V8和限流电阻R3构成基准电压电路。电阻R4、RP和R5为取样电路，当输出电压变化时，取样电路电阻将其变化量的一部分送到比较放大电路。三极管V7组成比较放大电路。取样电压和基准电压UZ分别送至三极管V7的基极和发射极，进行比较放大，V7的集电极与调整管的基极相连，以控制调整管的基极电位。2．稳压过程假设由于某种原因（如电网电压波动或者负载电阻变化等）使输出电压Uo上升，取样电路将这一变化趋势送到比较放大管V7的基极与发射极基准电位UZ进行比较，并且将二者的差值进行放大，V7管集电极电位Uc7（即调整管的基极电位UB5）降低。由于调整管采用射极输出形式，所以输出电压Uo必然降低，从第9页共9页模电而保证Uo基本稳定。其稳定过程可以表示如下：Uo↑→UB7↑→UBE7↑→IC7↑→UC7（UB5）↓→Uo↓所以电路实质上是靠引入深度负反馈来稳定输出电压的。3．输出电压的调节输出电压Uo的调节范围是有限的，其最大值不可能调到输入电压Ui＇，最小值不可能调到零。4．串联型稳压电源的检修故障举例：1、输出电压0V可能故障范围：变压器或整流电路开路、R1开路、R2开路、V5V6损坏2、输出电压18V，不可调可能故障范围：RP开路、R4、开路、R5开路、V5V6CE击穿3、输出电压很小，但可调可能故障范围：V8击穿或装反