單管放大電路三種組態(tài)的比較教學(xué)

李翔

(桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動化學(xué)院， 廣西 桂林 541004)

單管放大電路三種組態(tài)的比較教學(xué)

李翔

(桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動化學(xué)院， 廣西 桂林 541004)

從原理層面對三極管（BJT）單管放大電路3種組態(tài)的特性進(jìn)行比較，排除外圍電路影響，可凸顯每一組態(tài)的本質(zhì)特征；在同一直流通路基礎(chǔ)上分別構(gòu)成3種組態(tài)放大電路，而后進(jìn)行分析比較，則對比更加直觀鮮明。通過原理和實(shí)例兩個層面的對比，能更好地幫助學(xué)生正確理解與掌握3種組態(tài)，并在教學(xué)中滲透思維方法和研究能力的培養(yǎng)。

單管放大電路；組態(tài)；對比

三極管（BJT）的單管放大電路及其3種基本組態(tài)在“模擬電子技術(shù)”課程中占有重要地位，是講授多級放大電路和反饋放大電路的基礎(chǔ)[1,2]。教學(xué)實(shí)踐中普遍采取比較及案例等教學(xué)方式[3-5]對3種組態(tài)進(jìn)行對比，以便于學(xué)生抓住各組態(tài)的特點(diǎn)。

在3種組態(tài)的比較和案例教學(xué)中，容易出現(xiàn)兩方面缺陷：其一，組態(tài)間的比較流于表面，未能在比較中揭示內(nèi)在規(guī)律和本質(zhì)；其二，組態(tài)間的比較并未很好考慮“同等條件下進(jìn)行比較”這一前提，影響了比較結(jié)果的說服力。

有鑒于此，筆者在教學(xué)實(shí)踐中采取從原理與實(shí)例兩個層面上對3種組態(tài)進(jìn)行比較的方法。原理層面的比較緊扣放大器的雙口模型和BJT的微變等效模型，揭示3種組態(tài)的基本特征；實(shí)例層面的比較則以同一直流通路分別衍生出三種組態(tài)的單管放大電路，從而對3種組態(tài)的性能參數(shù)形成同等條件下的直觀對比。通過原理與實(shí)例兩個層面的比較，可大大加深學(xué)生對3種組態(tài)特性的認(rèn)識和理解。

一、從原理比較三種組態(tài)

在講授單管放大電路前，學(xué)生已學(xué)習(xí)了圖1(a)所示的放大器雙口網(wǎng)絡(luò)模型和圖1(b)所示的簡化BJT微變等效模型。這兩者相結(jié)合可得到單管放大電路的3種基本組態(tài)，如圖1(c)~(e)所示。

通常，圖1(c)~(e)僅用于講解3種組態(tài)的基本原理，而不涉及定量分析和計(jì)算。但實(shí)際上，利用圖1(c) ~(e)引入3種組態(tài)的概念及其基本連接方式后，可直接由此對各組態(tài)的放大能力和輸入輸出電阻進(jìn)行定量的計(jì)算和比較，其結(jié)果如表1所示。

表1所列比較結(jié)果從表面上看似乎脫離了實(shí)際電路，但正是由于排除了外圍元件的影響，故而更能凸顯各組態(tài)的本質(zhì)特征（譬如共集組態(tài)Ri明顯較大而共基組態(tài)Ri明顯較小，且二者表達(dá)式中均含有因子1+β），同時還能啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生思考這些特性的成因（等效受控源在放大電路中所處位置及連接關(guān)系）。

二、用實(shí)例比較三種組態(tài)

表1僅從原理層面對3種組態(tài)的基本特性進(jìn)行了比較。而在實(shí)際電路中，由于BJT必須與外圍元件共同構(gòu)成完整的放大電路，因此放大器的實(shí)際特性還需考慮外圍電路的影響。了解并掌握這種影響，是正確運(yùn)用3種組態(tài)并發(fā)揮其各自特點(diǎn)的關(guān)鍵。

在3種組態(tài)的實(shí)例教學(xué)中，可首先給出圖2(a)所示的直流通路，繼而引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)3種組態(tài)的定義進(jìn)行思考：如何在圖2(a)所示直流通路的基礎(chǔ)上，添加必要的耦合、旁路電容，分別得到共射、共集、共基三種組態(tài)？答案分別如圖2(b)、(c)和(d)所示。

對于理論教學(xué)，可在設(shè)定電路各元件參數(shù)后，讓學(xué)生自行求解電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及動態(tài)參數(shù)。例如，設(shè)VCC=12V，β=100，rbe=1kΩ，Rb=270kΩ，Rc=Re= 1kΩ，信號源內(nèi)阻不計(jì)，則進(jìn)行定量計(jì)算可得表2所列結(jié)果。此時再引導(dǎo)學(xué)生對三種組態(tài)的交流參數(shù)進(jìn)行比較，便能進(jìn)一步加深學(xué)生對3種組態(tài)特性的認(rèn)識。對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，則可指導(dǎo)學(xué)生在圖2(a)所給直流通路基礎(chǔ)上自行完成圖2(b)~(d)中各組態(tài)電路的搭建，并分別進(jìn)行實(shí)際測量，同樣可讓學(xué)生對3種組態(tài)的特性得到直觀的認(rèn)識。

圖3給出了另一種直流偏置電路（分壓式偏置）以及在其基礎(chǔ)上構(gòu)成的3種組態(tài)放大電路。若設(shè)VCC=12V，β=100，rbe=1kΩ，Rb1=47kΩ，Rb2=22kΩ，Rc=Re=1kΩ，不計(jì)信號源內(nèi)阻，各組態(tài)計(jì)算結(jié)果見表3。將表3所列結(jié)果與表2對比，明顯可見由于分壓偏置的影響，共集組態(tài)的輸入電阻顯著減小。由此能讓學(xué)生意識到，“共集組態(tài)輸入電阻大”這一論斷并不是無條件的，在實(shí)際應(yīng)用中必須考慮偏置電路的影響。同時，這也為后續(xù)章節(jié)講授“正反饋提高輸入電阻”作了很好的鋪墊。

表1 圖1(c)~(e)所示3種組態(tài)特性比較

圖2 基于同一直流通路的3種組態(tài)單管放大電路

表2 圖2所示放大電路計(jì)算結(jié)果

表3 圖3所示放大電路計(jì)算結(jié)果

圖3 基于分壓式偏置的3種組態(tài)單管放大電路

以上既針對由同一直流通路衍生的3種組態(tài)的表現(xiàn)進(jìn)行了橫向比較，也對同一組態(tài)結(jié)合不同偏置電路時的表現(xiàn)進(jìn)行了縱向比較。采用上述方式對3種組態(tài)進(jìn)行多角度對比，不僅能更客觀、鮮明地展現(xiàn)每一組態(tài)的特點(diǎn)及其受偏置電路的影響，還有助于學(xué)生形成和鞏固一個正確觀念，即：組態(tài)的判斷本質(zhì)上應(yīng)以交流通路而非直流通路為依據(jù)。

三、結(jié)語

從原理和實(shí)例兩個層面分別對3種組態(tài)進(jìn)行對比，具有直觀鮮明、說服力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能讓學(xué)生在理論和實(shí)踐上更好地把握每一組態(tài)的特性并加以運(yùn)用。同時，立體、多角度的比較和對比也避免了學(xué)生機(jī)械、片面和孤立地對3種組態(tài)進(jìn)行識記，向?qū)W生示范了在科研中應(yīng)當(dāng)如何客觀、正確地進(jìn)行比較和對比，在教學(xué)中有意識地滲透科學(xué)的思維和研究方法。這對于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)將是有益的。

[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)：模擬部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]華成英，童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2005.

[3]別其璋.BJT和FET的三種基本放大電路動態(tài)性能比較教學(xué)法[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，(1)：88-91.

[4]林 平，王小海.利用“交叉類比”學(xué)習(xí)法掌握基本放大電路特性[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，(3)：47-49.

[5]馬 強(qiáng).模擬電子電路中三極管三種組態(tài)案例教學(xué)法[J].教育教學(xué)論壇，2015，(36)：184-185.

（責(zé)任編輯：卓 如）

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2016－11－11

李 翔（1984-），男，廣西玉林人，講師，研究方向：測控技術(shù)與儀器。E-mail：xli1984@hotmail.com．

1671－802X(2016)06－0047－04