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《电子技术基础》中放大线路交流信号的线性分析

作者:时间:2010-12-18来源:网络收藏

  《电子技术基础》是电子类专业一门重要的技术基础课。模拟电路是学生难学、教师难教的一门课程。放大器是模拟电路的入门基础,也是《电子技术基础》的重点和难点,只有解决了这个难题,才能进入电子技术的领域。笔者经过教学实践,逐渐形成了以非线性器件、线性器件与线性放大的主要矛盾,以线性非线性线性为主线,以直流分析和交流分析为主要内容的放大器的分析思路和原则,较好地解决了从《电路》到《电子技术》的过渡,解决了电子技术入门难的问题。

  1 从线性到非线性

  是电路的一个分支,是包含有电子器件的电路,而电子器件是非线性器件,所以是非线性电路。《电路》中一般包括非线性电路一章,但内容少,只是简单介绍,没有引起学生足够的重视。所以《电子技术基础》课一开始就要做好从线性电路到非线性电路的过渡。

  《电子技术基础》一开始就讲是半导体器件的基础。在讨论了的工作原理,得到PN结的伏安特性后,就进入了非线性:其伏安特性曲线为非线性函数。在这里首先要给出线性电阻的定义,引出直流(静态)电阻和交流(动态)电阻的概念,对比线性电阻(伏安特性曲线为通过原点的一条直线,其直流电阻和交流电阻相等且为一常量)可得出如下重要结论:

  (1)在伏安特性曲线上任一点的直流电阻和交流电阻一般是不相等的。

  (2)的直流电阻和交流电阻不是一个常数,而是随着静态工作点的不同而变化。

  PN结的正向电阻很小,而反向电阻很大。所以,往往把他的非线性概括为单向导电性。二极管就是一个PN结,三极管由2个PN结组成,当他工作在放大状态时,输入特性相当于PN结的正向特性,而输出特性相当于基区注入少数载流子控制下的PN结反向特性。

  以上讲的是电子器件的非线性,有了电子器件非线性特点,才有与一般线性电路的区别,才能理解放大器的工作原理、静态工作点的设置及直流分析和交流分析的不同。

  2 非线性带来的放大线路的特点

  往往会产生新的频率分量,也就是产生非线性失真。这就是电子线路必须考虑的首要问题。如果把交流信号直接加到三极管的发射结上(即不加静态偏置),则由于发射结的单向导电性,即便忽略了他的死区电压和正向特性的非线性,也会产生严重的非线性失真,这样只有正半周导通,而负半周是截止的(乙类工作状态)。只有将交流信号的中心位置沿电压轴向上平移,即在发射结加正向偏压,并使正向偏压值大于交流信号的振幅值,才能使PN结在交流信号的正、负半周均导通(甲类工作状态),才能得到不失真的放大,由此得到2条结论:

  (1)为了克服PN结单向导电性带来的非线性失真,放大器在加入交流信号之前必须加上直流偏置信号。

  (2)放大器线路中既有直流信号,也有交流信号; 2种信号的流通回路可能不同,即既有直流通路,又有交流通路;放大器中各处的电压和电流既有直流分量,又有交流分量,即瞬时量等于直流量加交流量,这就决定了放大器的分析包括直流分析和交流分析2部分,直流分析是确定放大器的直流工作点,交流分析是计算放大倍数,输入和输出电阻、输出功率和效率以及频率响应等性能指标。直流信号与交流信号的通路不同,特别是非线性器件对直流信号和交流信号所呈现的性能不同(直流电阻和交流电阻),所以直流分析和交流分析要采用不同的电路网络和参数。这些往往被一些同学所忽略,应特别引起注重。

  3 微变信号的线性等效电路分析

  对微变信号在放大器的分析方法中,把他变为线性电路的分析问题,这样就完成了线性---非线性--- 线性的全过程。但这并不是回到了原来的地方去,而是有了一个质的飞跃和提高。虽然放大线路的交流分析也是线性分析,但必须采用非线性器件在给定的静态工作点上的交流参数,非线性的特点在这里仍然起作用,在很多电子线路中,就是利用电子器件的直流电阻和交流电阻不同这一特点的。利用这一概念可以理解和解释很多电路的工作原理。例如,有源负载就是利用这一特点,在较低的直流电源电压或较大的静态工作电流的情况下,得到一个较大的交流等效电阻,在差动放大电路中,通过对长尾式差动放大器发射极电阻功能的分析,知道他能够有效地减小共模放大倍数而对差模信号没有任何影响,所以他越大越好,如果用线性电阻,在一定的工作电流下,选用大的电阻,就必须受到发射极直流电源电压的限制,这样,选用交流电阻很大而直流电阻很小的有源负载就是很自然。

  4 结 语

  《电路》课程中一般的线性电路分析,到电子器件的非线性,再到放大线路中交流信号的线性分析,至此,对放大线路分析的任务就基本完成了,因为电路就是由电路元件构成的回路,分析电路就是先用电路元件的模型代替这些元件后,利用电路基本定律和基本分析方法,对由电路元件的模型构成的网络求解,电子线路与一般电路的惟一区别就在于他包含有电子器件。现在,当把电子器件也用他的电路模型代替后,电子线路也就变成了一般的电路,其分析也就变成了一般电路的分析,这样讲,是让学生明白,电子线路是电路的一个分支,《电子技术基础》是《电路》的延续和扩展,其基本定律和分析方法是相同的,从而建立一个统一、完整的电路分析的概念。



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