Некоторые особенности чтения схем и ремонта радиоэлектронной аппаратуры

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: С чего начать

Опубликовано: 14.03.2017 20:32

Просмотров: 10620

Игорь Безверхний, г. Киев
Настоящая статья адресована начинающим радиолюбителям, но будет полезна учащимся ПТУ и студентам колледжей (техникумов), а может и вузов, соответствующих специальностей, недавно приступившим к изучению основ электроники. Думаю, и более опытные радиолюбители могут найти для себя в этой статье кое-что полезное.

Во многих учебных заведениях сложилась практика при объяснении работы того или иного вопроса приводить ряд формул почти без объяснения физики процесса. Звучит это приблизительно так: «Данный процесс описывается формулой (интегралом, рядом Фурье и т.д.)...»
Для того чтобы понять, о чем речь, необходимо четко представлять физический смысл соответствующих математических формул и понятий, а главное - уметь неформально использовать эти представления. Это не всегда удается.
В Киевской школе радиоэлектроники ДОСААФ, где я проработал почти 20 лет, была отработана такая методика объяснения, которая не требовала глубокого знания математики, но, тем не менее, позволяла достаточно полно объяснить, а главное, понять работу электронной схемы. Эта методика полезна и для радиолюбителей.
Каскад на биполярном транзисторе
Описывать схему одиночного каскада и его работу будем в следующей последовательности:
•  дадим полное название и назначение каскада;
•  опишем назначение деталей;
•  укажем класс режима работы, тип смещения и откроем транзистор;
•  покажем путь постоянной составляющей коллекторного тока;
•  подадим на участок база-эмиттер переменный сигнал с входа или с предыдущего каскада и тут же укажем, что это является причиной возникновения переменной составляющей в коллекторном токе;
•  покажем путь переменной составляющей коллекторного тока;
•  выделим усиленный сигнал и подадим его на выход схемы или вход следующего каскада;
•  где необходимо укажем особенности схемы и его работы.
Иначе говоря, полное объяснение работы одиночного каскада сводится к восьми перечисленным выше пунктам. Все это при некотором опыте можно рассказать, используя только принципиальную схему. Это называется чтением принципиальной
схемы. В радиолюбительской литературе, да и в техописаниях объяснение обычно сводится к описанию назначения деталей и особенностей схемы.
Объясним, используя эту методику работу схемы рис.1:
 
1. Каскад, показанный на рис. 1, представляет собой транзисторный усилитель напряжения с общим эмиттером (ОЭ) на транзисторе структуры n-р-n.
2.  Назначение деталей: R1, R2 - делитель напряжения смещения в цепи базы, R3 - резистор нагрузки, R4, С4 - цепь эмиттерной термостабилизации, С1, СЗ - разделительные конденсаторы, C2 - конденсатор фильтра напряжения питания.
3.  Каскад работает в режиме класса А, имеет смещение фиксированным напряжением на базе (делитель R1R2). Через делитель смещения R1R2 протекает ток, создающий на R2 падение напряжения UБ («плюс» - вверху, «минус» - внизу), которое открывает транзистор, так как «плюсом» оно приложено к базе непосредственно, а «минусом» - к эмиттеру через общий провод (корпус, шасси, массу - это разные названия общего провода схемы) и R4.
4.  Постоянная составляющая коллекторного тока транзистора VT1 протекает по цепи: +ЕК —> R3 —> К-Э VT1 —> R4 —> корпус —> -Ек (стрелка показывает направление тока).
5.  Переменное напряжение сигнала поступает с входа на базу транзистора VT1 через C1, а через корпус и блокировочный конденсатор C4 цепи эмиттерной термостабилизации на его эмиттер. Это приводит к тому, что коллекторный ток транзистора VT1 становится пульсирующим, и в нем появляется переменная составляющая.
6.  Переменная составляющая коллекторного тока VT1 протекает по цепи: К VT1 <-> R3 <-> C2 <-> корпус <-> C4 <-> Э VT1 (двунаправленная стрелка показывает, что переменная составляющая протекает как в одном, так и в другом направлении).
7. Переменная составляющая коллекторного тока VT1 создает на резисторе нагрузки R3 переменное напряжение, которое через разделительный конденсатор СЗ одним полюсом и через конденсатор фильтра С2, корпус другим полюсом поступает на выход схемы.
Восьмой пункт (особенности схемы и ее работы) - это самый сложный пункт. В нем иногда заложена «изюминка» схемы. Схема рис.1, пожалуй, такой «изюминки» не имеет. Особенностью этой схемы является наличие цепи эмиттерной термостабилизации R4, С4, которая при увеличении температуры должна ограничить увеличение коллекторного тока, а при уменьшении температуры ограничить его уменьшение, поддерживая тем самым режим транзистора стабильным. Как это происходит?
Постоянная составляющая тока эмиттера, около 90% которой и более составляет постоянная составляющая тока коллектора, создает на резисторе R4 падение напряжения Uэ («плюс» - вверху, «минус» - внизу). Рабочая точка транзистора определяется разностью напряжения на базе и на эмиттере UБ_Э=UБ-UЭ.
При нагреве транзистора его коллекторный ток увеличивается. Увеличивается и напряжения на R4 (Uэ). Напряжение на R2 (UБ) остается прежним, а разность этих напряжений UБ_Э=UБ-UЭ уменьшается. Это приводит к прикрыванию транзистора и уменьшению его коллекторного тока приблизительно до прежнего значения, С4 шунтирует R4 по переменной составляющей.
Таких особенностей может быть множество. Например, цепи частотной и фазовой коррекции, обратные связи по переменному и постоянному току и напряжению и т.п.
Теперь рассмотрим методику отыскания неисправностей одиночного каскада по изменению его режима работы. Для этого нужно знать как минимум:
1.  Закон Ома.
2. Законы Кирхгофа.
3.  Что такое делитель напряжения.
Если читатель помнит хотя бы законы Ома и Кирхгофа, то можно смело двигаться дальше. Всё же напомю формулу закона Ома для участка цепи:
 
I - ток, U - напряжение, Я - сопротивление.
Нас будет больше интересовать эта формула в виде:
U = I*R.    (2)
Теперь вспомним, что это такое делитель напряжения.
Само название этого устройства говорит о его назначении. Простейший делитель напряжения -это два резистора, включенные последовательно (рис.2).
 
 Основной параметр делителя - это коэффициент деления, который показывает, во сколько раз входное напряжение больше выходного. Он определяется по формуле, которая легко выводится из законов Ома и Кирхгофа:
 
Резистор R1 называют верхним плечом делителя напряжения, a R2 - нижним плечом. Причем эти названия сохраняются независимо оттого, как нарисована схема.
Для нижнего плеча характерно то, что с него снимается выходное напряжение. Это тот признак, по которому следует разбираться на схемах, где какое плечо у делителя. И еще, чем больше сопротивление верхнего плеча и/или меньше сопротивление нижнего плеча, тем больше коэффициент деления и меньше выходное напряжение при том же значении входного напряжения. Это следует из формулы (3). Причем из этой же формулы следует, что при уменьшении сопротивления верхнего плеча и/или увеличении сопротивления нижнего плеча коэффициент деления уменьшается. Оба эти вывода мы будем использовать при анализе неисправностей.
Для этого проставим на рассмотренной выше схеме рабочие напряжения (рис.3).
 
Проанализируем, как изменятся режимы тpaнзистора при некоторых неисправностях каскада.
Обрыв резистора R1
Резистор R1 - это верхнее плечо делителя базового смещения. При его обрыве напряжение на базе станет равным нулю, транзистор закроется Ток его коллектора станет равным нулю. Падение напряжения на резисторе нагрузки R3 уменьшится до нуля, а напряжение на коллекторе возрастет до напряжения источника (9 В), так как по второму закону Кирхгофа оно равно разности напряжения питания (9 В) и падения напряжения на R3 (О В). Обрыв R2
Резистор R2 - это нижнее плечо делителя базового смещения. При его обрыве напряжение на базе увеличится, транзистор откроется сильнее (вплоть до насыщения). Напряжение на эмиттере возрастет, а напряжение на коллекторе уменьшится, так как из-за увеличения коллекторного тока возрастает падение напряжения на резисторе нагрузки R3. Если транзистор откроется до насыщения, то напряжение на коллекторе будет больше напряжения на эмиттере на величину напряжения насыщения (обычно 0,1 В).
Обрыв резистора нагрузки R3
Напряжения на коллекторе и эмиттере транзистора уменьшатся и будут практически одинаковыми. Причем напряжение на эмиттере при этом дефекте - это падение напряжения, которое создает ток базы на резисторе R4. Оно заметно меньше, чем напряжение в этой точке в исправной схеме. Напряжение на базе тоже уменьшится, так как он не может отличаться от напряжения на эмиттере более чем на 0,6...0,7 В (падение напряжения на открытом эмиттерном переходе).
Обрыв резистора цепи эмиттерной термостабилизации R4
При этой неисправности напряжения на всех электродах транзистора возрастут, причем напряжение на коллекторе возрастет до напряжения питания.
Пробой конденсатора С4
Напряжение на эмиттере станет равным нулю, на базе - уменьшится до 0,6...0,7 В, а на коллекторе - уменьшится до напряжения насыщения (обычно 0,1 В).
Рассмотренные выше неисправности сведены для удобства в таблицу. К ним добавлены еще два весьма распространенных дефекта транзистора. Предлагаю читателям проанализировать их самостоятельно.
Обрывы каждого из четырех конденсаторов схемы к изменению режимов не приведет. Пробои и утечки в разделительных конденсаторах С1, СЗ могут привести к изменению режимов, но само это
изменение зависит от того, что подключено к входу и выходу каскада.
Хочу обратить внимание на то, что мы рассмотрели, как изменятся режимы при той или иной неисправности, т.е. шли от неисправности к изменению режима. На практике ремонтнику приходится делать обратный анализ, по изменению режима судить о причине неисправности каскада.
На первых порах можно при анализе пользоваться приведенной в этой статье таблицей.
 
Рассмотрим для тренировки следующий пример:
Напряжение на коллекторе транзистора занижено, а на базе и эмиттере завышено.
Заниженное напряжение на коллекторе и завышенное на эмиттере свидетельствует о большой величине коллекторного тока и о том, что резистор R4 цел. Такое изменение возможно в двух случаях: пробит участок К-Э транзистора или он чрезмерно открыт, т.е. оборван R2.
Оба результата есть в таблице, но возможен еще один дефект - пробой-утечка конденсатора С1 при условии, что на входе имеется постоянное напряжение, величина которого больше напряжения на базе, которое получено с помощью делителя R1R2.
В заключение предлагаем читателям самостоятельно разобраться в схеме, работе и особенностями методики отыскания неисправностей усилительного каскада с ОЭ на транзисторе структуры p-n-р с положительным источником питания, принципиальная схема которого показана на рис.4.
 
РА1 '2012