模擬電子線路中幾個知識點(diǎn)的辨析

李小珉　范越

[摘 要]模擬電子線路課程教學(xué)中存在很多容易混淆和難以理解的知識點(diǎn)。通過總結(jié)羅列有關(guān)直流和交流工作狀態(tài)、輸入和輸出電阻、反饋類型的判別、集成運(yùn)放線性應(yīng)用電路分析等相關(guān)概念，指出這些知識點(diǎn)難以掌握的癥結(jié)，并給出需要明確和著重強(qiáng)調(diào)的關(guān)鍵和方法。

[關(guān)鍵詞]三極管模型 輸入 / 輸出電阻 反饋類型 集成運(yùn)放

[中圖分類號] X1710 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）09-0117-02

模擬電子線路課程內(nèi)容具有概念方法多、頭緒繁雜的特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，經(jīng)常會遇到一些困難影響其掌握和理解程度。筆者通過多年的教學(xué)發(fā)現(xiàn)有多個關(guān)鍵知識點(diǎn)，在教學(xué)中容易被忽視或混淆，這是導(dǎo)致課程難學(xué)的直接原因，這里列舉幾個，以期在同仁中起到拋磚引玉的效果。

一、直流、交流工作狀態(tài)

從電路分析課程到模擬電子線路課程，雖然研究的都是電路，但其內(nèi)涵發(fā)生了質(zhì)的變化。在有源電路分析中，由于三極管的直流等效模型和交流等效模型不同，直流分析和交流分析必須嚴(yán)格區(qū)分、獨(dú)立進(jìn)行。

與直流工作狀態(tài)相關(guān)的概念有：直流參數(shù)（靜態(tài)工作點(diǎn)）、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的目的、三極管的直流等效模型（VBEQ=0.7V）、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的三種偏置電路（固定偏置、射極偏置、分壓式射極偏置）分析、電路參數(shù)和溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響等。與交流工作狀態(tài)相關(guān)的概念有：交流參數(shù)（AV、Ri、RO）、三極管的交流等效模型（vbe=ibrbe）、三種基本組態(tài)（共發(fā)射極、共基極、共集電極）放大器的分析、特性和應(yīng)用等。

放大器的直流參數(shù)和交流參數(shù)經(jīng)常被混淆，比如分析放大器放大倍數(shù)AV時，發(fā)射結(jié)電壓卻用直流電壓VBEQ=0.7V代入，導(dǎo)致錯誤的結(jié)果。所以一定要強(qiáng)調(diào)三極管的直流等效模型和交流等效模型的不同。另外，偏置電路與基本組態(tài)也是經(jīng)常被混淆的，所以要強(qiáng)調(diào)放大器的特性是由組態(tài)形式確定的，組態(tài)形式與輸入端和輸出端的位置有關(guān)，所以是從交流的角度命名的；而偏置電路顯然是從直流的角度命名的，某一組態(tài)的放大器可以選固定偏置電路、也可以選分壓式射極偏置電路，所以放大器的名稱應(yīng)由組態(tài)形式來確定。

二、輸入、輸出電阻

電壓放大器的三個主要參數(shù)是電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。實(shí)際電路中電壓放大倍數(shù)越大表明放大能力越強(qiáng)，所以希望越大越好，這是很好理解的，而希望輸入電阻越大越好，輸出電阻越小越好應(yīng)如何理解呢？這也是一個學(xué)習(xí)中容易引起困惑的知識點(diǎn)。

放大電路的輸入電阻是前一級電路的負(fù)載，其大小主要影響前級的增益。當(dāng)兩級斷開時，前級電路負(fù)載為無窮大，稱為空載，相當(dāng)于后級輸入電阻無窮大，此時輸出電壓最大，增益最大；當(dāng)前級電路輸出短路時，稱為過載，相當(dāng)于負(fù)載為0，此時輸出電壓為0，增益為0。由此看來，負(fù)載值從無窮大到0變化，值在減小，但是對前級電路的負(fù)擔(dān)在增加，所以本級輸入電阻越大對前級影響越小，即前級的負(fù)載越輕；反之，輸入電阻越小，前級的負(fù)載就越重。也就是說在電壓放大器中，大負(fù)載是輕負(fù)載，小負(fù)載是重負(fù)載，希望前級的負(fù)載即本級的輸入電阻越大越好。

放大電路輸出電阻的大小決定了其帶負(fù)載的能力。所謂帶負(fù)載的能力是指放大器的性能在負(fù)載變化時保持不變的能力。加上負(fù)載RL后，輸出電壓vO與空載時輸出電壓vS的關(guān)系為VO=VS，當(dāng)負(fù)載RL遠(yuǎn)大于輸出電阻RO時，VO≈VS，即輸出電壓近似不變，電路的帶負(fù)載能力最強(qiáng)。所以負(fù)載的大小或輕重是相對于輸出電阻的，輸出電阻越小，對負(fù)載取值的限制越少，電路的帶負(fù)載能力越強(qiáng)。

三、反饋類型的判別

反饋類型的判別對初學(xué)者來說是個難點(diǎn)，首先是反饋網(wǎng)絡(luò)的定位。根據(jù)定義，反饋網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該跨接在電路的輸入與輸出之間，在電路結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)為橫向連接的器件，例如在圖1電路中，Rf支路是反饋。經(jīng)常容易引起的困惑的是RB支路、地線也跨接在電路的輸入與輸出之間，為什么不算是反饋？這里要特別強(qiáng)調(diào)電源VCC是交流地，地線上是沒有信號傳輸?shù)?，所以RB不構(gòu)成反饋。

判別反饋類型時使用的方法是負(fù)載短路法和信號源短路法，即假設(shè)負(fù)載或信號源短路，觀察反饋是否消失，從而確定反饋類型。

“反饋是否消失”的確定是又一個需要加強(qiáng)的內(nèi)容，初學(xué)者往往會關(guān)注反饋信號（電流或電壓）是否消失，經(jīng)過一系列電路分析，經(jīng)常會一籌莫展。如果將對反饋信號的關(guān)注轉(zhuǎn)移到反饋結(jié)構(gòu)上，問題就變得簡單了。例如在圖1電路，假設(shè)信號源對地短路時，T1的基極接地，Rf與RE2并聯(lián)，Rf不再跨接在輸入與輸出之間，所以反饋消失；同樣假設(shè)負(fù)載對地短路時，在電路結(jié)構(gòu)上對Rf支路沒有造成任何影響，所以反饋仍然存在。

四、集成運(yùn)放線性應(yīng)用電路分析

集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用，一般教材是按照電路的運(yùn)算功能展開的，其順序是：運(yùn)放的傳輸特性、同相放大器、反相放大器、減法器、儀用放大器等，重點(diǎn)是對各電路功能進(jìn)行分析，忽略了電路在構(gòu)成上的內(nèi)在聯(lián)系，造成知識點(diǎn)的零散和孤立。如果從電路組成原理的角度出發(fā)，在教學(xué)中不僅強(qiáng)調(diào)電路的功能，同時還著重關(guān)注電路在構(gòu)成上的內(nèi)在聯(lián)系，就可以將看似孤立的知識點(diǎn)編制成一條環(huán)環(huán)相扣的知識鏈，便于理解和記憶。

作為放大器使用時，集成運(yùn)放應(yīng)工作在線性區(qū)。但由于電壓放大倍數(shù)很大導(dǎo)致線性范圍小、容易自激，并且增益不可控等，致使運(yùn)放不能開環(huán)工作。為了保證由集成運(yùn)算放大器組成的各種應(yīng)用電路能穩(wěn)定地工作在線性區(qū)，必須引入負(fù)反饋。在集成運(yùn)算放大器中引入負(fù)反饋要強(qiáng)調(diào)只有一種電路結(jié)構(gòu)，即將輸出信號反饋回反相輸入端，在此基礎(chǔ)上，若輸入信號加在同相輸入端、同時反相輸入端接地構(gòu)成同相放大器；反之構(gòu)成反相放大器。由此指出了同相放大器和反相放大器組成結(jié)構(gòu)上的關(guān)聯(lián)。

將同相放大器與反相放大器合二為一就構(gòu)成了減法電路，如圖2（a）所示。當(dāng)滿足R4=R2、R3=R1時，VO=（vi2-vi1），此電路的優(yōu)點(diǎn)是簡單，缺點(diǎn)是輸入電阻不夠大，限制了其應(yīng)用。為了提高輸入電阻，可將兩個輸入信號通過電壓跟隨再接入電路，構(gòu)成圖2（b）電路。此時輸入電阻為無窮大，輸出與輸入的關(guān)系不變。進(jìn)一步分析該電路發(fā)現(xiàn)，當(dāng)需要改變增益時，可以通過改變R1或R2實(shí)現(xiàn)，但是由于電路中有兩個R1和兩個R2，所以需要改變兩個電阻，帶來了調(diào)試上的不便。因此引入圖2（c）電路，即儀用放大器。圖中A3構(gòu)成的電路是一般的減法器，經(jīng)過A1、A2的作用使電路輸入電阻為無窮大，通常R2、R3和R4為給定值，R1用可變電阻代替，調(diào)節(jié)R1即可改變增益。很好的解決了所有矛盾。

五、結(jié)語

模擬電子線路歷來都是一門難學(xué)難教的課程，教師作為領(lǐng)路人，不僅要熟悉教學(xué)內(nèi)容，還要密切關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的情況，了解和掌握哪些知識點(diǎn)在學(xué)習(xí)和理解過程中容易遇到怎樣的困難，并及時找到應(yīng)對方法，才能有的放矢的化解難點(diǎn)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 馮軍，謝嘉奎主編.電子線路（第五版）[M].高等教育出版社，2010.08.

[2] 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第六版）[M].高等教育出版社，2014.01.

[責(zé)任編輯：張 雷]