Pemecahan Masalah Amplifier BJT

4.2 Memecahkan Masalah Alarm dan Peringatan〈Servo AC Pertama Anda (11/14)〉 (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Pemecahan Masalah Amplifier BJT

Peranti dan Litar Semikonduktor Diskret


soalan 1

Sebagai pengajar elektronik, saya sering dipanggil untuk membantu pelajar menyelesaikan masalah litar makmal mereka yang tidak berfungsi. Apabila saya mendekati litar sendiri yang dibina untuk menyelesaikannya, saya sering memulakan proses dengan minda yang sangat berbeza daripada jika saya menyelesaikan masalah litar yang tidak berfungsi pada tapak kerja yang sebenar.

Selain daripada pertimbangan keselamatan yang berlainan dan persekitaran kerja yang sangat berbeza, apa lagi yang anda fikir saya mungkin mempertimbangkan secara berbeza ketika menghampiri litar yang dibina oleh pelajar "# 1"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Jika litar yang dimaksudkan tidak dicuba, secara literal apa-apa boleh salah dengannya.

Nota:

Walaupun teknik penyelesaian masalah bunyi pada akhirnya akan menghasilkan penyelesaian, bertanya soalan "pra-diagnostik" seperti ini akan meningkatkan kecekapan anda sebagai penyelesai masalah. Bincangkan ini dengan pelajar anda, mencerahkan mereka jika mungkin dengan anekdot dari pengalaman penyelesaian masalah anda sendiri.

Soalan 2

Periksa sistem stereo "komponen" berikut dengan teliti:

Pemain CD menjana isyarat audio untuk dikuatkan, manakala penyamaan / preamp mengubah nada isyarat untuk disesuaikan dengan pilihan pendengar dan penguat kuasa menyediakan kuasa yang mencukupi untuk memacu penceramah.

Katakan sistem ini mempunyai masalah: tiada suara sama sekali keluar daripada pembesar suara. Semua komponen dalam sistem dihidupkan, seperti yang ditunjukkan oleh lampu kuasa di panel hadapan. Semua tombol kawalan seolah-olah ditetapkan ke kedudukan mereka yang betul, juga. Pemain CD menunjukkan cakera sedang dimainkan, dan kini ia sedang memainkan lagu. Walaupun semua penunjuk yang baik ini, walau bagaimanapun, tiada bunyi didengar dari pembesar suara.

Bersiap sedia sepanjang masa untuk menyelesaikan masalah sistem elektronik, anda mempunyai jarak dekat digital yang boleh anda gunakan untuk memeriksa kehadiran isyarat audio (tetapkan meter untuk mengukur penggilingan AC). Semua kabel isyarat audio (termasuk kabel pembesar suara) mungkin dicabut untuk menyediakan akses untuk probe ujian meter anda.

Pada titik di mana sistem anda akan mula menguji kehadiran isyarat audio "# 2"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Keutamaan saya adalah untuk mencabut kabel output dari unit penyamaan / preamp dan menguji output isyarat di sana. Saya akan meninggalkan langkah-langkah lain untuk anda, untuk menerangkan perbincangan kelas dengan rakan-rakan anda!

Nota:

Bincangkan dengan pelajar anda bagaimana ini adalah aplikasi yang ideal untuk strategi "membahagi-dan-menaklukkan" penyelesaian masalah, di mana anda membahagikan laluan isyarat ke bahagian, menyemak kehadiran isyarat pada setiap titik separuh jalan, menyempitkan pada lokasi komponen yang bersalah dengan cepat.

Soalan 3

Berikut adalah beberapa langkah yang baik untuk diambil sebelum menggunakan sebarang strategi penyelesaian masalah tertentu ke litar penguat yang tidak berfungsi:

Ukur isyarat output dengan osiloskop.
Tentukan sama ada penguat menerima isyarat masukan yang baik.
Semak untuk melihat bahawa penguat menerima kuasa berkualiti tinggi.

Terangkan mengapa mengambil langkah mudah ini boleh menjimatkan banyak masa dalam proses penyelesaian masalah. Contohnya, mengapa repot-repot memeriksa isyarat keluaran penguat jika anda sudah tahu ia tidak mengeluarkan apa yang sepatutnya? Apa, sebenarnya, membentuk kuasa "berkualiti" untuk litar penguat?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ia biasanya merupakan idea yang baik untuk mengesahkan sifat sebenar kerosakan sebelum meneruskan dengan strategi penyelesaian masalah, walaupun seseorang telah memaklumkan kepada anda mengenai masalah tersebut. Melihat kerosakan dengan mata anda sendiri mungkin menerangkan masalah yang lebih baik daripada jika anda hanya bertindak dengan keterangan orang lain, atau lebih teruk lagi andaian anda sendiri.

Rasional untuk memeriksa isyarat masukan harus mudah dimengerti. Saya akan memberitahu anda soalan ini!

Kuasa "berkualiti" terdiri daripada DC dalam julat voltan yang sesuai bagi litar penguat, dengan voltan ripple yang diabaikan.

Soalan susulan # 1: adakah anda mendapati bahawa penguat "yang salah" pada hakikatnya tidak menerima apa-apa isyarat input sama sekali? Adakah ujian ini melepaskan penguat itu sendiri? Bagaimana mungkin anda mensimulasikan isyarat input yang betul untuk penguat, untuk tujuan mengujinya?

Soalan susulan # 2: menerangkan cara mengukur voltan riak bekalan kuasa, hanya menggunakan multimeter digital. Bagaimana anda mengukur riak menggunakan osiloskop?

Nota:

Dalam pengalaman saya sendiri, saya telah menemui langkah-langkah ini untuk menjadi penjimat masa yang berharga sebelum memulakan sebarang proses penyelesaian masalah formal. Secara umum, periksa output, periksa input, dan periksa kuasa .

Juruteknik baru sering terkejut betapa sering masalah kompleks mungkin disebabkan oleh sesuatu yang semudah kekuasaan "kotor". Oleh kerana hanya memerlukan beberapa saat untuk memeriksa, dan boleh membawa kepada pelbagai masalah, ia tidak membazirkan usaha.

Soalan 4

Penguat tiga peringkat yang ditunjukkan di sini mempunyai masalah. Walaupun dibekalkan dengan baik, kuasa "bersih" DC dan isyarat masukan yang mencukupi untuk menguatkan, tiada isyarat keluaran apa pun:

Jelaskan bagaimana anda akan menggunakan strategi "membahagikan dan menaklukkan" atau "membahagikan dengan dua" penyelesaian masalah untuk mencari peringkat penguatan di mana kesalahan itu. (Ini adalah di mana anda membahagikan laluan isyarat ke bahagian-bahagian yang berlainan, kemudian menguji isyarat yang baik di titik-titik di sepanjang jalan itu supaya dapat menyempitkan masalah itu kepada separuh litar, kemudian kepada satu perempat litar, dan sebagainya)

Tunjukkan garis penentuan di mana anda akan membahagikan litar ke bahagian yang berbeza, dan mengenal pasti titik ujian input dan output bagi setiap bahagian tersebut.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Soalan cabaran: seberapa baik anda menganggap strategi penyelesaian masalah yang sama akan berfungsi untuk mencari kesalahan dalam tahap penguatan tertentu "nota tersembunyi"> Nota:

Litar penguat pelbagai peringkat memberi sokongan baik kepada strategi "membahagi dan menaklukkan" penyelesaian masalah, terutamanya apabila peringkat adalah sama seperti simetri.

Soalan 5

Untuk berjaya menyelesaikan masalah litar elektronik ke peringkat komponen, seseorang mesti mempunyai pemahaman yang baik mengenai fungsi setiap komponen dalam konteks litar tersebut. Penguat transistor tidak terkecuali untuk peraturan ini. Skema berikut menunjukkan litar penguat audio dua peringkat sederhana:

Kenal pasti peranan komponen berikut dalam litar penguat audio ini:

Kapasitor 0.47 μF yang disambungkan ke mikrofon
Kedua-dua 220 k Ω dan 27 k Ω pasangan perintang
Kapasitor elektrolitik 4.7 μF disambungkan ke perintang 1, 5 k Ω
Kapasitor elektrolitik 33 μF disambungkan kepada pembesar suara
Kapasitor elektrolitik 47 μF disambungkan dengan rel bekalan kuasa

Di samping itu, jawab soalan berikut mengenai reka bentuk litar:

Konfigurasi apakah setiap peringkat (pangkalan biasa, pemungut biasa, pemancar umum) "# 5"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Kapasitor 0.47 μF disambungkan ke mikrofon: lulus (AC) isyarat audio, blok tegangan DC bias dari mencapai mikrofon
220 k Ω dan 27 k Ω pasangan perintang: menetapkan voltan bias DC untuk peringkat transistor pertama
Kapasitor elektrolitik 4.7 μF yang disambungkan di seluruh penghalang 1.5 k Ω: memintas (AC) isyarat audio di sekitar perintang pemancar, untuk mendapatkan voltan maksimum AC
Kapasitor elektrolitik 33 μF disambungkan kepada pembesar suara: pasangan (AC) isyarat audio kepada pembesar suara sambil menyekat voltan bias DC dari pembesar suara
Kapasitor elektrolisis 47 μF yang disambungkan dengan rel bekalan kuasa: "menanggalkan" sebarang isyarat AC dari bekalan kuasa, dengan menyediakan jalan impedans (pendek) rendah ke tanah

Persoalan mengenai keperluan kapasitor decoupling 47 μF adalah sukar untuk dijawab, jadi saya akan huraikan sedikit di sini. Power decoupling adalah amalan reka bentuk yang baik, kerana ia boleh menangkis pelbagai masalah. Voltan "riak" AC tidak boleh hadir di konduktor bekalan kuasa "rel", kerana litar transistor berfungsi dengan baik dengan kuasa DC tulen. Tujuan kapasitor decoupling adalah untuk menunda apa-apa riak, apa pun sumbernya, dengan bertindak sebagai "rendah" impedans rendah ke tanah untuk AC sementara tidak membentangkan sebarang pemuatan kepada kuasa DC.

Walaupun ia mungkin tidak mungkin dilakukan pada pemeriksaan pertama, kekurangan kapasitor decoupling dalam litar penguat audio ini sebenarnya boleh membawa kepada ayunan sendiri (di mana penguat menjadi penjana nada) di bawah keadaan bekalan kuasa dan beban tertentu! Sekiranya bekalan kuasa kurang dikawal dan / atau kurang ditapis, kehadiran kapasitor decoupling akan sangat mengurangkan bunyi bising "frekuensi" bunyi yang didengar dalam pembesar suara.

Untuk seluruh soalan, saya akan membiarkan anda memikirkan jawapan anda sendiri!

Nota:

Secara kebetulan, litar ini menjadikan penguat "interkom" yang baik untuk projek pelajar. Menggunakan pembesar suara dinamik kecil untuk mikrofon, dan pembesar suara lain (atau alat dengar audio) pada hujung penerimaan kabel panjang yang disambungkan ke output penguat, pelajar boleh bercakap dengan mudah di antara dua bilik di bangunan, atau di antara bangunan.

Soalan 6

Sering kali, kegagalan komponen dalam litar transistor akan menyebabkan peralihan ketara parameter DC (diam). Ini adalah manfaat untuk penyelesai masalah, kerana ini bermakna banyak kesalahan boleh didapati hanya dengan mengukur voltan DC (tanpa input isyarat) dan membandingkan voltan tersebut terhadap apa yang diharapkan. Walau bagaimanapun, bahagian yang paling sukar ialah menentukan tahap voltan DC yang diharapkan pada pelbagai titik dalam litar penguat.

Periksa litar penguat audio dua tahap ini, dan anggaran tegasan DC di semua titik yang ditandakan dengan huruf tebal dan anak panah ( A hingga G ), dengan merujuk kepada tanah. Anggapkan bahawa mengendalikan persimpangan PN akan turun 0.7 volt, kesan pemuatan pada pembahagi voltan diabaikan, dan pengumpul transistor dan arus pemancar hampir sama besarnya:

V A

V B

V C

V D

V E

V F

V G

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

V A = 0 volt (dengan tepat)

V B ≈ 0.98 volt

V C ≈ 0.28 volt

V D ≈ 7.1 volt

V E ≈ 6.4 volt

V F = 0 volt (dengan tepat)

V G = 9 volt (dengan tepat)

Soalan susulan: jelaskan mengapa voltan V A, V F, dan V G dapat diketahui dengan tepat, sementara semua voltan DC yang lain dalam litar ini adalah anggaran. Mengapa ini membantu untuk mengetahui apabila menyelesaikan masalah litar penguat yang menyalahi "nota tersembunyi"> Nota:

Pengiraan yang digunakan untuk menganggarkan nilai-nilai ini agak mudah, dan tidak membuktikan tidak ada masalah bagi pelajar untuk memperoleh pengetahuan asas mengenai pengiraan litar DC (pembahagi voltan, penurunan voltan siri, dll.).

Soalan 7

Kajian litar penguat audio ini dengan teliti:

Kemudian, tentukan sama ada voltan DC pada setiap titik ujian (V TP1 melalui V TP6 ) berkenaan dengan tanah akan meningkat, berkurangan, atau kekal sama bagi setiap keadaan kesalahan yang diberikan:


KerosakanV TP1V TP2V TP3V TP4V TP5V TP6


R1 gagal dibukaSamaSama


R2 gagal dibukaSamaSama


R3 gagal dibukaSamaSama


R4 gagal dibukaSamaSama


R5 gagal dibukaSamaSama


Pendek antara TP2 dan tanahSamaSama


C2 gagal dipintasSamaSama


Pengumpul Q1 gagal dibukaSamaSama


Apabila menganalisis kerosakan komponen, pertimbangkan hanya satu kesalahan pada satu masa. Iaitu, bagi setiap baris di dalam jadual, anda harus menganalisis litar seolah-olah satu-satunya kesalahan di dalamnya adalah yang disenaraikan di ruang jauh kiri baris itu.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Sekiranya voltan berubah menjadi sifar, saya tunjukkan 0 dalam jadual. Sekiranya peningkatan atau penurunan adalah agak kecil, saya menggunakan panah nipis (↑ atau ↓). Jika perubahan itu hebat, saya menggunakan anak panah tebal (⇑ atau ⇓).


KerosakanV TP1V TP2V TP3V TP4V TP5V TP6


R1 gagal dibukaSama00Sama


R2 gagal dibukaSamaSama


R3 gagal dibukaSamaSama


R4 gagal dibukaSamaSamaSama


R5 gagal dibukaSama≈ Sama≈ SamaSama


Pendek antara TP2 dan tanahSama00Sama


C2 gagal dipintasSama0Sama


Pengumpul Q1 gagal dibukaSamaSama


Soalan susulan: mengapa tidak menguji voltan titik V TP1 atau V TP6 pernah berubah "nota tersembunyi"> Nota:

Saya dapat mengesahkan tegasan tertentu dengan membina litar ini dan menyalahkan setiap komponen seperti yang diterangkan. Walaupun saya tidak selalu dapat meramalkan magnitud perubahan itu, saya sentiasa boleh meramalkan arahan itu. Ini benar-benar semua yang diharapkan dari permulaan pelajar.

Aspek yang sangat penting dalam soalan ini adalah untuk pelajar memahami mengapa voltan titik ujian berubah seperti yang mereka lakukan. Bincangkan setiap kesalahan dengan pelajar anda, dan bagaimana seseorang dapat meramal kesannya dengan melihat litar.

Soalan 8

Kemungkinan bahawa komponen yang diberikan akan gagal dalam mod "terbuka" agak kerap tidak sama dengan kemungkinan bahawa ia akan gagal "dipendekkan." Berdasarkan penyelidikan yang anda lakukan dan pengalaman peribadi anda sendiri dengan menyelesaikan masalah litar elektronik, tentukan sama ada komponen berikut lebih cenderung gagal dibuka atau gagal dipendekkan (ini termasuk sebahagian besar, atau rintangan tinggi, seluar pendek):

Resistor:
Kapasitor:
Induktor:
Transformers:
Transistor bipolar:

Saya menggalakkan anda untuk menyelidik maklumat mengenai mod kegagalan peranti ini, serta mengumpulkan dari pengalaman anda sendiri dan menyelesaikan masalah litar elektronik.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Ingat bahawa setiap jawapan ini semata-mata mewakili kemungkinan besar kedua-dua mod kegagalan, sama ada terbuka atau dipendekkan, dan kebarangkalian mungkin beralih dengan keadaan operasi (iaitu suis mungkin lebih mudah untuk gagal kerana hubungan yang dikimpal jika mereka secara rawak disalahgunakan arus berlebihan semasa penutupan).

Resistor: terbuka
Kapasitor: dipintas
Induktor: terbuka atau pendek sama mungkin
Transformers: terbuka atau pendek sama mungkin
Transistor bipolar: shorted

Soalan susulan: Apabila transistor bipolar gagal dipendekkan, pendek biasanya kelihatan di antara pengumpul dan terminal pemancar (walaupun kadang-kadang ketiga-tiga terminal mungkin mendatar, seolah-olah transistor tidak lebih daripada persimpangan antara tiga wayar). Mengapa anda menganggap ini? Apakah yang dimaksudkan dengan terminal asas yang menjadikannya "sekering" dengan terminal lain?

Nota:

Tekankan kepada pelajar anda bagaimana pemahaman yang baik tentang mod kegagalan yang sama adalah penting untuk teknik penyelesaian masalah yang cekap. Mengetahui cara mana komponen tertentu lebih cenderung gagal dalam keadaan operasi normal membolehkan penyelesai masalah membuat pertimbangan yang lebih baik apabila menilai punca kemungkinan kegagalan sistem.

Sudah tentu, teknik menyelesaikan masalah yang betul harus selalu mendedahkan sumber masalah, sama ada atau tidak pemecah masalah mempunyai pengalaman dengan mod kegagalan peranti tertentu. Walau bagaimanapun, memiliki pengetahuan terperinci mengenai kemungkinan kegagalan membolehkan seseorang memeriksa sumber masalah yang paling mungkin terlebih dahulu, yang biasanya membawa kepada pembaikan yang lebih cepat.

Organisasi yang dikenali sebagai Pusat Analisis Keandalan, atau RAC, menerbitkan analisis terperinci mengenai mod kegagalan untuk pelbagai komponen, elektronik serta bukan elektronik. Mereka boleh dihubungi di 201 Mill Street, Rom, New York, 13440-6916. Data untuk soalan ini dikumpulkan daripada penerbitan RAC, Bahagian Pengagihan Mod Kegagalan .

Soalan 9

Katakan anda menyelesaikan masalah litar penguat berikut, dan mendapati isyarat keluaran menjadi "dipotong" pada puncak negatif:

Jika anda tahu bahawa penguat ini adalah reka bentuk baru, dan mungkin tidak mempunyai semua komponennya dengan betul ukuran, apakah jenis masalah yang anda akan mengesyaki dalam litar "# 9"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Penguat ini berkemungkinan besar mempunyai biasing yang tidak betul, yang boleh diperbaiki dengan menukar nilai R 1 atau R 2 . (Saya akan membiarkan anda menentukan cara nilai perintang yang dipilih mesti diubah, meningkat atau berkurang!)

Nota:

Bincangkan dengan pelajar anda bagaimana untuk menentukan sama ada voltan bias terlalu besar atau terlalu kecil, berdasarkan bentuk gelombang keluaran diperhatikan. Ia tidak sukar untuk dilakukan selagi pelajar memahami mengapa pembingkaian wujud dan bagaimana ia berfungsi.

Soalan 10

Katakan anda menyelesaikan masalah litar penguat berikut, dan mendapati isyarat keluaran menjadi "dipotong" simetri pada kedua-dua puncak positif dan negatif:

Jika anda tahu bahawa penguat ini adalah reka bentuk baru, dan mungkin tidak mempunyai semua komponennya dengan betul ukuran, apakah jenis masalah yang anda akan mengesyaki dalam litar "# 10"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Penguat ini mengalami keuntungan berlebihan, yang boleh diperbaiki dengan mengubah nilai R C atau R E. (Saya akan membiarkan anda menentukan cara nilai perintang yang dipilih mesti diubah, meningkat atau berkurang!)

Sudah tentu, menukar sama ada nilai resistor ini akan mengubah titik bias ("Q") penguat, yang mungkin memerlukan perubahan seterusnya dalam nilai sama ada R 1 atau R 2 !

Nota:

Bincangkan dengan pelajar anda bagaimana untuk menentukan perubahan yang diperlukan dalam nilai resistor, berdasarkan penentuan bahawa keuntungan berlebihan. Ini sebenarnya sangat mudah dilakukan hanya dengan mengkaji formula keuntungan untuk penguat pemancar biasa.

Satu lagi pilihan untuk dipertimbangkan di sini ialah penambahan jalan isyarat umpan balik negatif untuk menjinakkan keuntungan penguat. Pengubahsuaian ini akan mempunyai manfaat tambah linier litar yang lebih baik.

Soalan 11

Litar penguat kuasa kelas-B ini mempunyai masalah: outputnya sangat diputarbelitkan, menyerupai setengah gelombang sinus semasa diuji dengan isyarat masukan dari penjana fungsi:

Senaraikan beberapa kemungkinan kesalahan dalam sistem ini, berdasarkan isyarat output yang ditunjukkan oleh oscilloscope. Juga, menentukan komponen mana, jika ada, yang diketahui baik berdasarkan data yang sama:

Kemungkinan kesalahan dalam sistem:
Kerosakan # 1:
Kerosakan # 2:
Kerosakan # 3:
Komponen yang diketahui baik-baik saja dalam sistem:
Komponen # 1:
Komponen # 2:
Komponen # 3:
Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Pertama, sedar bahawa kita tidak dapat mengetahui mana separuh dari litar tarik-tarik itu gagal, kerana pengasingan pengubah dan ketidakpastian polaritas yang dihasilkan. Sila ambil perhatian bahawa senarai yang ditunjukkan di sini tidak lengkap.

Kemungkinan kesalahan dalam sistem:
Kesalahan # 1: Transistor Q 2 atau Q 3 gagal dibuka
Kerosakan # 2: Resistor R 5 atau R 8 gagal dibuka
Kesalahan # 3: separuh pengubah utama pengubah gagal dibuka
Komponen yang diketahui baik-baik saja dalam sistem:
Komponen # 1: penggulungan sekunder pengubah
Komponen # 2: Resistor R 4
Komponen # 3: Input kapasitor gandingan C 3

Soalan susulan # 1: katakan bahawa selepas menguji penguat ini pada meja kerja anda dengan beban "dummy" (perintang 8 Ω yang disambungkan ke terminal pembesar suara), anda menyedari bahawa transistor Q 2 agak hangat ke sentuhan, sementara transistor Q 3 masih berada pada suhu bilik. Apakah maklumat tambahan ini menunjukkan tentang masalah penguat "// www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-3/common-sources-hazard/"> bahaya keselamatan yang terlibat dengan menyentuh sebuah transistor kuasa dalam litar operasi. Sekiranya anda ingin membandingkan suhu operasi kedua-dua transistor ini, bagaimanakah anda boleh melakukannya dengan selamat?

Nota:

Simetri yang wujud dalam penguat tarik-tarik menjadikan penyelesaian masalah lebih mudah dalam beberapa aspek. Seperti biasa, pemecahan masalah komponen memerlukan pemahaman terperinci tentang fungsi komponen dalam konteks litar tertentu yang didiagnosis. Tidak kira bagaimana "mudah" litar itu mungkin, pelajar tidak berdaya untuk menyelesaikannya ke tahap komponen kecuali mereka memahami bagaimana dan mengapa setiap komponen berfungsi.

Memberi petunjuk mengenai suhu transistor adalah penting kerana dua sebab. Pertama, ia menyediakan lebih banyak data bagi pelajar untuk digunakan dalam mengesahkan kemungkinan kesalahan. Kedua, ia menggariskan kepentingan data bukan elektrik. Pemecah masalah yang cekap membuat (selamat) penggunaan semua data yang ada ketika menyiasat masalah, dan yang sering memerlukan pemikiran kreatif.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →