三極管電路中三極管BE結(jié)燒壞故障的研究

薄 璐

0 引言

據(jù)基層測試及維護(hù)電子設(shè)備的工作者介紹，他們在工作中遇到一種怪現(xiàn)象，三極管放大電路不能正常工作，用萬用表測試時，三極管的 BE結(jié)電壓卻正常，NPN型三極管的BE結(jié)電壓仍是0.7V左右，PNP型三極管的BE結(jié)電壓仍是0.2V左右。為了解決這個問題，他們只能換掉整個印刷電路板。然而這樣做浪費(fèi)太大，于是本文對此問題深入研究，總結(jié)出檢查三極管BE結(jié)燒壞故障的方法。

1 三極管的常見電路

1.1 分流偏置電路

分流偏置電路圖如圖1所示：

圖1 分流偏置電路圖

其中T為NPN型晶體管，是整個電路的核心器件。共射極交流電壓ui通過C1加到T的發(fā)射極，引起基極電流iB的相應(yīng)變化，從而使集電極電流iC隨之變化。iC的變化在RC上產(chǎn)生壓降，使集電極電壓uCE隨之變化，uCE中的交流信號通過C2傳送的輸出端，成為輸出電壓uo。如果電路參數(shù)選擇恰當(dāng)，則uo幅度比ui的幅度大得多，從而實現(xiàn)電壓放大。其實質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)換，即由一個能量較小的輸入信號控制直流電源，使之轉(zhuǎn)換成交流能量輸出來驅(qū)動負(fù)載。這個電路的基極直流電流是比較穩(wěn)定的，設(shè)由于溫度等其它原因引起iB增大，則iB↑→iBRB↑→uB↓→iB↓，可見，具有負(fù)反饋自動控制調(diào)整功能。

1.2 分壓偏置電路

由于固定偏流電路，偏置電流IB是“固定”的，當(dāng)環(huán)境溫度變化引起管子參數(shù)變化時，電路的靜態(tài)工作點 Q會發(fā)生移動，甚至移動到不合適的位置，使放大電路無法正常工作。由溫度對晶體管特性影響的分析得知，晶體管參數(shù)ICBO、UBE、β隨溫度變化對Q點的影響，最終反映在Q點電流iC隨溫度的升高而增大，即iC的漂移。如果在溫度變化時，能設(shè)法使電路調(diào)節(jié)iC，維持iC基本恒定，就可解決靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題。由此，實現(xiàn)了能自動調(diào)節(jié) Q點位置的分壓偏置電路，如圖2所示：

圖2 分壓偏置電路圖

2 實驗與結(jié)果分析

2.1 對不能正常工作的三極管電路進(jìn)行實驗

如圖3所示：

圖3 三極管實驗電路

在電路中，T1是一個BE結(jié)已經(jīng)燒壞的三極管，而T2是一個BE結(jié)正常的三極管，BE結(jié)燒斷的三極管確實不能正常工作，而BE結(jié)正常的三極管能夠正常工作，當(dāng)筆者用萬用表“1V”量程檔測試BE結(jié)燒斷的三極管的BE結(jié)電壓與BE結(jié)正常的三極管的BE結(jié)電壓時確實沒有區(qū)別，均屬于正常電壓。但用萬用表“10V”量程檔測試BE結(jié)燒斷的三極管的BE結(jié)電壓與BE結(jié)正常的三極管的BE結(jié)電壓卻得到這樣的結(jié)果，BE結(jié)燒斷的三極管的BE結(jié)電壓達(dá)到1V以上，而 BE結(jié)正常的三極管的 BE結(jié)電壓卻仍然是0.7V/0.2V左右，這一發(fā)現(xiàn)將把BE結(jié)燒斷的三極管與BE結(jié)正常的三極管性能參數(shù)區(qū)別開來，至于為什么會出現(xiàn)這種情況，下面將根據(jù)理論進(jìn)行分析研究。

2.2 對不能正常工作的三極管電路故障原因的分析研究

為了找出上述正常工作的三極管電路故障的根本原因，本文根據(jù)三極管的等效電路圖，如圖4所示：

圖4 三極管等效電路

從理論方面進(jìn)行分析研究，根據(jù)萬用表的測試原理，假設(shè)萬用表的內(nèi)阻為 1kΩ/V，用萬用表測量一個電器的電壓時，在1V檔量程時，它對電路的影響就相當(dāng)于一個1kΩ的電阻，而在10V檔量程時相當(dāng)于一個10kΩ的電阻。再根據(jù)串并聯(lián)電路的定量計算，終于找出了三極管電路故障根本原因。

1.當(dāng)用萬用表1V檔測量BE結(jié)燒斷的三極管BE結(jié)電壓時，相當(dāng)于把一個1kΩ的電阻并聯(lián)在BE結(jié)上，由于BE結(jié)的等效電阻為一個阻值為無窮大的電阻，所以這個并聯(lián)電路的等效電阻為1kΩ，因此測量出的電壓與BE結(jié)正常的三極管相同；而用萬用表1V檔測量BE結(jié)正常的三極管的BE結(jié)電壓時，雖然這個并聯(lián)電路的電阻減小了，但BE結(jié)的電壓還是不能低于正常值，否則基極電流減小，必然要引起B(yǎng)E結(jié)電壓再升高，所以用萬用表測量不出BE結(jié)燒斷的三極管與BE結(jié)正常的三極管之間BE結(jié)電壓的區(qū)別。

2.當(dāng)用萬用表10V檔測量BE結(jié)燒斷的三極管BE結(jié)電壓時，相當(dāng)于把一個10kΩ的電阻并聯(lián)在BE結(jié)上，所以當(dāng)BE結(jié)燒斷時，這個并聯(lián)電路的等效電阻為 10kΩ，因此測量出的電壓肯定會超過BE結(jié)的正常工作電壓；而在BE結(jié)正常的情況下，萬用表的等效電阻比BE結(jié)的正常工作等效電阻大，所以并聯(lián)電路的等效電阻幾乎不變，所以測量出的電壓接近BE結(jié)的正常工作電壓。

進(jìn)一步觀察分析可知，當(dāng) BE結(jié)燒斷時，由于 Ib為 0控制電流源βIb失效，發(fā)射極電位接近于地，集電極電位接近于電源電壓。

3 檢查三極管電路故障的方法和技巧

根據(jù)對不能正常工作的三極管電路故障的原因進(jìn)行理論分析和定量計算，總結(jié)出下列診斷不能正常工作的三極管電路故障的方法。

1.把萬用表的量程設(shè)置為10V檔測量BE結(jié)的電壓；

2.當(dāng)三極管的等效電路中的控制電流源βIb的電流即其集電極電流較小，集電極電位Uc必然升高，所以可以通過測量集電極電位Uc，比較Uc的測量值與計算值，來判斷三極管的BE結(jié)是否燒斷；

3.因為三極管的發(fā)射極電流Ie=Ib+Ic≈Ic，所以，當(dāng)三極管等效電路中的控制電流源βIb失效，Ic電流減少時，三極管的發(fā)射極電流 Ie也隨之減少，于是三極管的發(fā)射極電位就接近于“地”的電位，所以可以通過測量發(fā)射極電位Ue，比較Ue的測量值與計算值，來判斷三極管的BE結(jié)是否燒斷。

通過把上述結(jié)論在電子電路中進(jìn)行應(yīng)用、測試和檢驗，證明這些結(jié)論正確無誤，而且用來判斷電子電路中三極管BE結(jié)是否燒斷效率很高。同時，將上述方法反饋給基層測試及維護(hù)電子設(shè)備的工作者，受到其肯定與歡迎，可以將工作效率提高3倍以上。

4 總結(jié)

本文通過實驗和理論分析，找出了三極管的BE結(jié)燒斷與 BE結(jié)正常的兩種情況下，用萬用表“1V”檔所測出的BE結(jié)電壓都正常的根本原因，并根據(jù)知識拓展，總結(jié)了檢查故障三極管電路核心元件三極管的BE結(jié)是否燒斷的有效方法，具有很大的實用意義。

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