模擬電路學習方法研究

摘要：介紹了模擬電路課程的特點與授課現狀，分析了模擬電路和數字電路的相互關系，提出了學習模擬電路的基本方法和技巧，有助于同學們學會用辯證的發展的全面的觀點去分析問題和解決問題，取得了很好的教學效果。

關鍵詞：模擬電路；數字電路；唯物辯證法；學習方法

中圖分類號：G642.46 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）04-0192-02

工科院校學生，無論是電專業的還是非電專業的本科生、?？粕家獙W習模擬電子技術和數字電子技術，簡稱模電和數電。因為這兩門課程對電專業的學生來說是他們學習后續課程的專業基礎課；對于非電專業的學生，是他們接觸電的知識的一門必修課。也是培養他們縝密的思維、具有良好的工程意識、樹立全局的觀念處理問題的一個很好的訓練機會。然而大部分的同學在學習這兩門課程，尤其是模擬電路課程，都感到異常的頭疼。他們把模電稱為“磨電”——折磨人的電路。更有甚者，干脆把模電稱為“魔電”——變幻莫測，模棱兩可，琢磨不定，難以駕馭，簡直就是“魔鬼”。同學們到了期末，如果考試科目太多，顧此失彼，首先放棄的就是模電。那么，模電到底是怎樣的一門課程呢？它有什么樣的特點？為什么會讓同學們如此頭疼？我們在學習模電時應注意哪些問題才能駕輕就熟呢？

一、模電的課程特點

1.什么是模電。模電是“模擬電子技術”的簡稱，它是電子技術的一個分支。電子技術是研究如何應用電子元器件組成特定的電路完成特定的功能的一門專業技術。它包括模擬電子技術和數字電子技術，習慣上稱為模擬電路和數字電路，簡稱“模電”和“數電”。模擬電路研究的是連續信號的加工和處理，包括信號的放大、濾波、變換和運算等。數字電路主要是對離散信號的處理。

2.模電的特點與現狀。模擬電路研究的是連續變化的信號。事物的發展變化是一個連續的漸變的過程，是由多個因素決定的，并且各個因素之間是密切關聯的。于是模電給同學們的感覺就是模棱兩可，不確定性，琢磨不定，難以把握。事物的發展總是從一個階段變化到另一個階段。數字研究的是從起點到終點的因果關系——邏輯關系，具有確定性。而模擬電路則要研究從起點到終點的整個變化過程，難度顯然要大于數字電路。從這個意義上說，數電是簡化了（抽去中間過程）的模電；模電涵蓋了數電。所以同學更偏愛于數字電路。根據多年的教學經驗，同學“懼怕”模電的原因主要有三點：①電路原理的基礎不扎實，對電路的感覺不夠；②模電的學習中要求用全面的、關聯的、變化的眼光去看待事物，前續課程這方面的訓練遠遠不夠；③對模電中出現的半導體元件，如二極管、穩壓管、三極管、場效應管、運算放大器等感到很陌生，尤其過去沒有接觸過非線性元件，感覺很不適應。

3.模擬與數字的關系。其實模擬電路與數字電路并非完全割裂的，它們是相互對立、相互統一、相互依存、相互轉化的。因為事物的發展都會有一個由量變到質變的過程，數量上累積到一定程度就會發生質的飛躍。例如，把一個正弦波送到一個電壓放大器進行線性放大，在輸出端得到的是一個成比例的正弦波。如果加大輸入信號的幅值，或加大放大器的電壓放大倍數，則輸出的正弦波將出現上、下削頂，變為梯形波。如果不斷加大放大倍數，則輸出波形將變為方波。這時就把一個連續變化的正弦波變成了一個離散的方波信號，完成了模擬信號到數字信號的轉換。

4.模擬與數字的優劣。在普通人眼中，似乎存在這樣一種共識：數字的東西總比模擬的好。其實這是一種認識上的誤區。模擬技術可以控制信號連續變化；數字技術只能做到按階梯變化。也就是說模擬技術可以控制得更精細，數字技術可以保證有更好的重復性，兩者各有優缺點。比如，用遙控器調節電視機的音量，有時侯（尤其是夜深人靜時）會發現調到數字9，聲音小了點；調到數字10，聲音又大了點，最好是調到9.5，可是數字調節做不到。而采用模擬方式則可以在9～10之間任意調節。反之，在電視機或收音機調臺時，數字技術比模擬技術更有優越性。用模擬的方式找臺，需要來回搜索幾次，再選擇一個最佳點。采用數字的方法，其實也要來回搜索，只不過它能把最佳位置——諧振點，記錄和儲存起來，并給它一個編號，下次只要輸入該編號，即可選擇該電臺節目，無須再重新調整，因為上次已經存儲好了，使得電臺的調節很方便。那么，模擬技術和數字技術孰優孰劣呢？根據上述介紹可以看出，模擬和數字沒有優劣之分。因為事物的變化都是連續的，即便是數字化后，最后還是要回到模擬信號，因為世界本身就是模擬的，數字化不過是一種手段，使我們能夠更好地進行操控，本質的東西還是模擬技術。

二、模電的學習方法

針對模擬電路的特點和同學們的學習狀況，結合多年的教學經驗，我們提出以下一些學習方法，希望對同學們學習模擬電子技術能起到拋磚引玉的作用。

1.掌握器件外特性。初學模擬電路會遇到很多未曾接觸過的半導體器件，這些器件都有一個共同的特點——非線性。其實，正是它們的非線性構成了這些器件的特殊作用。二極管正是因為有單向導電性才能完成整流和開關的作用；穩壓管正是利用了反向擊穿特性才能實現穩壓功能；三極管利用線性區可以完成電流放大的作用；利用非線性區可以作為開關來使用。場效應管的特點是高輸入阻抗，屬于電壓控制器件。在學習這些新器件時，不管其內部結構有多么復雜，只要注意掌握器件功能、內部結構、工作原理、特性曲線、典型應用這些基本要素，就能達到事半功倍之效。

2.不能就事論事。例如，在分析共射連接單管放大電路的電壓放大倍數時，電壓放大倍數的表達式為：AU=-β（RC/rbe）。AU的大小與三極管的電流放大倍數β、集電極電阻RC成正比，與輸入電阻ri（≈rbe）成反比。要想提高AU好像加大β即可?？墒聦嵣?，單方面加大β并不能提高AU。因為rbe=rhb+（1+β）26/IE，加大β的同時，rbe也隨之增加，AU并不增加。而且β加大后，穿透電流ICEO=（1+β）ICBO也加大，對放大電路靜態工作點的穩定性不利。

3.不能看表面現象。仍以電壓放大倍數為例，AU=-β（RC/ri）。表面上看減小輸入電阻ri可以提高電壓放大倍數AU，可事實上卻適得其反。因為放大電路的輸入端要接信號源，而信號源都會有內阻RS，RS要和輸入電阻ri分壓形成輸入電壓ui，即ui=USri/（RS+ri），US為信號源的電壓。ri越小，分得的輸入電壓ui反而越小。再說，作為電壓放大電路的輸入電阻ri應該盡量大些，才能減前級輸出的負擔。而且作為儀器放大器使用時，其輸入電阻ri越大，相當于電壓表的內阻越大，測量越準確。

4.要全面地看問題。單管電壓放大倍數AU=-β（RC/ri），AU與β、RC、ri（≈rbe）均有關系。要想提高AU，表面上看可以有3個辦法：提高β，減小ri，增大RC。如前所述，提高β，rbe也增加，AU并不增加。減小ri，增加了前級的負擔，ui反而下降，得不償失。增加RC，好像可以提高AU。但是在靜態集電極電流IC不變的條件下，增加RC，將使集電極電位UC下降，輸出的動態范圍減小，甚至使三極管進入飽和狀態。提高電源電壓VCC可以使三極管退出飽和，但VCC變化后，靜態工作點發生了變化。電壓放大倍數AU需要重新計算。所以，電壓放大倍數AU是由多個因素決定的，而且各個因素之間有著相互的關聯，相互影響，要學會全面的分析問題。

通過多個實際例題的分析，使同學們了解了模擬電路課程的特點與授課現狀，認識了模擬電路和數字電路的相互關系，學會了用唯物辯證法的思想指導自然科學的學習。在學習模擬電路的過程中要善于抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，突出重點，帶動一般，使復雜問題得以簡化，收到了很好的效果，深受同學們的歡迎。

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作者簡介：徐志躍（1958-），男，江西南昌人，碩士，北京航空航天大學電工電子中心，副教授，研究方向為自動檢測與控制、電源技術、電力電子技術、虛擬儀器技術等。