浅议《模拟电子技术》的学习要点与方法

时间:2022-10-19 18:42:02 学习强国 来源:网友投稿

摘要:电子技术的入门对于大多数电类专业学生来说或多或少地会存在一些困难,因此在课程学习的过程中,正确归纳本课程的要点,掌握一种正确的学习方法显得尤为重要。

关键词:模拟电子技术 学习要点 学习方法

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)12(c)-0000-00

《模拟电子技术》对于部分学生来讲是他们遇到的一门比较难学的课程,或者说,他们花了不少的功夫,却不能收到应有的效果。笔者根据长期从事电子技术的教学和研究的体会来归纳一下模拟电子技术的学习要点以及学习中应注意的方法。

1 电路分析与计算是电子电路分析的基础

电子电路的分析与计算大部分情况下是线性电路的分析与计算,因此线性电路的分析方法完全适合于电子线路的分析。在电子线路的分析中,例如静态工作点的计算、动态技术指标(放大倍数、输入电阻、输出电阻等)的计算,都建立在电路的基本定律的基础之上。

2 电子线路是交直流共存的一种电路

由于需要直流电源为三极管提供合适的偏置,而放大电路的目的是对变化的信号进行放大,交直流共存是放大电路的一个重要特征。没有直流电源为放大电路提供能量,放大电路是不可能完成放大的。直流为三极管工作提供静态工作点,是放大的基础,交流在直流的基础上进行放大,是放大的目的。只有了解这个基本点,才能真正理解放大器是把直流电源提供的直流能量转化为放大器输出的交流能量的一种装置。

3 放大器工作与静态工作点的关系

静态工作点是指放大器能正常工作时直流电源为放大电路提供的三极管的直流电压和电流。静态工作点的设置的好坏直接关系到放大器能否正常工作。

(一) 静态工作点不设置不行 如果电路根本就没有设置静态工作点,那么在信号输入以后只有两种情况,一种情况是是信号比较小时三极管根本就不会导通。另一种情况是信号比较大时也只可能是一个周期内小于半个周期的时间里三极管能够导通,而更多的时间里三极管截止。

(二) 静态工作点设置得不合适不行 即使设置了静态工作点,但如果静态工作点过高(即静态电流、过大),信号输入后,三极管容易进入饱和状态而产生饱和失真;而当静态工作点过低(即静态电流、过小),信号输入后,三极管容易进入截止状态而产生截止失真。

(三) 静态工作点不稳定不行 半导体三极管一个严重缺陷就是它的参数受温度变化的影响较大。当温度升高时,三极管的会有所降低,而β、、均有所增大,致使三极管的集电极电流会增大,静态工作点上移,严重时,将使三极管进入饱和去而失去放大能力。所以必须想办法使得电路基本上不受温度的影响,偏置稳定电路就是为了保证静态工作点稳定而设计的电路。

4 半导体器件线性模型的正确认识

在电子技术的学习中,半导体三极管始终贯穿在电子线路之中。对于这样一个非线性的电子元件(以双极型三极管为例),只有当它的发射结正向偏置、集电结反向偏置时,它才有可能工作在线性区。只有当三极管工作在线性区,它才有可能对信号进行放大。

(一) 三极管(共射接法)的微变等效电路(线性模型) 三极管是一个非线性电子元件,只有当它工作在线性区,且加在它的发射结上的交变电压很小时,才可以认为三极管的输入电阻基本上是一个不变的量。是通过对PN结的电流方程在处求导数得到的一个计算式。是一个动态电阻,但它是一个与直流电流有关的电阻,从的计算式不难看出。

三极管微变等效电路的输出端是一个受控电流源,它反映了三极管放大的基本特征,,或。

(二) 由微变等效电路求解电路的动态性能指标 放大电路的微变等效电路的实质是它的交流通路,是用三极管的线性模型替代三极管之后的交流通路,电路中的电压、电流都是交流量。有了这个认识,放大电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算也就不难了。

5 正确理解放大器输入电阻、输出电阻的物理意义

放大器的输入信号被称作信号源,放大器驱动的工作对象被称作负载,其工作情况如图所示。

放大器的方框图

通过该图可以看出,对于电压源形式的信号源而言,当信号源内阻一定时,放大器的输入电阻越大,放大器向信号源索取的电流越小,它能最大限度地把信号源的电压加到放大器的输入端。这种情况下,通常要求它的输入电阻要比较大。对于负载而言,放大器的输出端相当于一个线性有源两端网络。根据戴维南定理,它总可以等效为一个电压源的形式。这样一来,当这个等效电源的内阻(即放大器的输出电阻)越小时,放大器向负载通过的电流越大,或者说,当负载改变时,能保证输出电压比较稳定。

6 三极管特性曲线的应用和放大器的图解法

三极管的输入特性和输出特性曲线是三极管特性和参数的外部特征。如三极管输出特性曲线是一组平坦的近似与水平轴平行的曲线,它反映了三极管集电极电流具有恒流源的特性,即三极管的集电极电流由基极电流来决定,而与加在集射之间的电压基本无关。必须懂得,三极管的特性曲线不是随意画出来的曲线,而是三极管本身实际特性的表现形式。

只有从根本上了解三极管的特性曲线,才能正确地使用图解法来进行电路的分析。例如在输出特性曲线上作电路的直流负载线,通过直流通路计算出,便可由直流负载线和对应的输出特性曲线相交之点确定静态工作点。

直流负载线可以认为是空载时的交流负载线,带上负载以后的交流负载线是过静态工作点、斜率更大(即直线更陡)的一条直线。只有交流负载线才是放大器工作时输出电压、电流变化的轨迹。因此,可以借助图解法来分析计算在信号较大时放大器的电压放大倍数,并分析放大器是否存在非线性失真。

7 集成运算放大器及其应用

集成电路(Integrated Circuit)是当今科学技术最伟大的成果。集成电路的出现打破了器件、电路与系统的传统界限。集成运算放大器是模拟集成电路中的典型电路。它就是一个高输入电阻、低输出电阻、高放大倍数的直接耦合的多级放大器。

(一) 集成运算放大器的线性应用 当集成运放工作在负反馈时的状态是线性应用。线性应用时运用两个基本点可以很方便地计算输出与输入的关系,这两个基本点就是所谓的“虚短”和“虚断”,当同相输入端接地时,反相输入端可认为是也接地即“虚地”。有虚地的电路比较容易计算,像反相比例运算、反相求和运算、积分运算、微分运算等。没有虚地情形时,则要分别计算和,然后比较=求输出与输入的关系,像同相比例运算、减法运算等。

(二) 集成运算放大器的非线性应用 当集成运放工作在开环或正反馈时的状态是非线性应用。非线性应用时也有两个基本点,除虚断之外,它的另外一个基本点是:当>时,;当<时,。集成运放非线性应用的典型电路是电压比较器,无论是过零电压比较器还是单限电压比较器或是滞回电压比较器都是这样来分析的。

8 负反馈以及对放大器性能的影响

负反馈是改善放大器性能的重要手段,也是电子技术学习中的一个难点。几乎所有的电子线路都或多或少地引入了负反馈。没有负反馈的电子线路是不存在的。

(一)负反馈的判断和反馈组态 反馈是把电路输出信号的一部分或全部通过一定的方式回送到输入端的过程。若反馈使得放大器的净输入量削弱就是负反馈,反之是正反馈。负反馈的判断首先是反馈极性的判断,判断的方法是电压瞬时极性法。它是假定在输入端有一极性变化,通过正向通道和反馈支路回到输入端后看这个变化的极性来判断反馈极性:若反馈信号加到输入级的同一个电极上且极性相反者为负反馈;若反馈信号加到输入级的不同电极上且极性相同者为负反馈。

反馈组态指的是反馈的取样方式和比较方式。若反馈量取自输出电压则是电压反馈,若反馈量取自输出电流则是电流反馈。若反馈量在输入端是以电压的形式相加减则是串联反馈,若反馈量在输入端是以电流的形式相加减则是并联反馈。这样一来,负反馈共有四种组态:电压串联负反馈,电流串联负反馈,电压并联负反馈,电流并联负反馈。

(二) 负反馈对放大器性能的改善 直流负反馈能稳定放大器的静态工作点,而交流负反馈能改善放大器的多项动态性能,如扩展放大器的通频带、抑制干扰和减小非线性失真、改变输入电阻和输出电阻等,但这些性能的改善都是以牺牲放大器放大倍数为代价换取而来的,这就是我们常说的有得必有失。

模拟电子技术研究的内容相当丰富,本文不可能包罗万象地对该课程的学习要点及方法作更多的阐述。希望本文能对正在学习模拟电子技术的同学和从事模拟电子技术教学的教师起到某种启迪和帮助的作用。

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