單管共射放大電路啟發(fā)性教學(xué)方法的設(shè)計

郭瑛 徐艷紅 王鳳英

摘要：單管共射放大電路的分析是“電子學(xué)”教學(xué)中的重點和難點之一。本文結(jié)合筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗，針對學(xué)生學(xué)習(xí)放大電路過程中遇到的一些問題，探討將啟發(fā)性教學(xué)方法應(yīng)用到單管共射放大電路的分析中，將共射放大電路的多種組態(tài)有機(jī)聯(lián)系在一起，構(gòu)成一個整體對比進(jìn)行教學(xué)。實踐表明本教學(xué)方法取得了良好的教學(xué)效果，能夠使學(xué)生在較短的時間內(nèi)掌握放大電路的分析。

關(guān)鍵詞：單管共射放大電路;啟發(fā)性教學(xué);放大倍數(shù)

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）05-0164-02

一、引言

單管共射放大電路是“電子學(xué)”課程中最基本的知識點，同時也是最核心的內(nèi)容。對這一知識點的掌握程度直接影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，許多同學(xué)對這一塊知識點的認(rèn)識比較分散，對共射放大電路幾種組態(tài)之間的聯(lián)系不太清楚，沒有一個整體的把握。當(dāng)學(xué)到后續(xù)更多其他形式的放大電路時更是無從下手。為此，我們在教學(xué)過程中采用啟發(fā)式教學(xué)，對共射放大電路的幾種組態(tài)進(jìn)行深入分析，找到它們的有機(jī)聯(lián)系，從而引導(dǎo)學(xué)生對這一塊知識點有一個整體的認(rèn)識。

二、單管共射放大電路的整體分析方法

單管共射放大電路的分析通常是按照“先靜態(tài)”、“后動態(tài)”的原則，首先畫出電路的直流通路，在直流通路里計算靜態(tài)工作點并驗證晶體管是否工作在放大區(qū)，只有靜態(tài)工作點設(shè)置合適才可進(jìn)行動態(tài)分析[1]。動態(tài)分析時先畫出交流通路，再根據(jù)求解問題的特點來選擇圖解法或是微變等效電路法進(jìn)行分析求解。其中圖解法一般多用于分析輸出幅值比較大而工作頻率不太高的情況。微變等效電路法是在一定的條件下將晶體管的特性線性化，建立線性模型，用線性電路的分析方法來分析晶體管電路[2]。本文采用微變等效電路法對放大電路進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了教學(xué)方法，引入啟發(fā)式的教學(xué)方法將放大電路的幾種組態(tài)看成一個有機(jī)整體，對比分析電路，找出彼此之間的聯(lián)系和優(yōu)缺點。這樣有利于學(xué)生對放大電路有一個宏觀的把握，為今后學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

三、單管共射放大電路的靜態(tài)分析

1.基本共發(fā)射極放大電路的組成。圖1是基本共發(fā)射極放大電路，該電路是學(xué)生接觸到的第一個放大電路。首先必須讓學(xué)生知道電路中每個元件所起的作用。這樣能夠使學(xué)生更好地掌握放大電路的結(jié)構(gòu)。

其中集電極電源U ?通過R ?和R ?分壓后，保證三極管工作在放大區(qū)，同時向輸出信號提供能量。集電極電阻R ?的另一個作用是將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為集電極電壓的變化，以實現(xiàn)電壓放大;隔直電容C ?和C ?起到交流耦合作用，保證交流信號無阻礙的經(jīng)過放大電路。

2.基本共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析。放大電路靜態(tài)分析是通過計算基極電流I ?、集電極電流I ?、集射極電壓U ?，來驗證三極管是否工作在放大區(qū)。通過對基本共發(fā)射極放大電路分析發(fā)現(xiàn)該電路有一個致命的缺點：由于三極管是一個對溫度特別敏感的元件，當(dāng)溫度變化時，將使集電極電流I ?發(fā)生變化，從而影響靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性。為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，就想到了用基極電流I ?來抑制I ?的變化，而在電路中只要R ?選定后，I ?也就固定不變，因此不能穩(wěn)定靜態(tài)工作點。所以就引出了分壓式偏置放大電路，電路如圖2所示。

3.引入分壓式偏置放大電路的目的。圖2是無旁路電容的分壓式偏置放大電路，在該電路中，基極增加了分壓電阻R ?和R ?，發(fā)射極增加了電阻R ?，為了讓學(xué)生理解和掌握該電路，教學(xué)過程中要對比前面的基本共發(fā)射極放大電路，弄清楚R ?、R ?和R ?在電路中的作用以及如何穩(wěn)定靜態(tài)工作點的。

分壓式偏置放大電路的直流通路如圖3所示，為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，通常情況下，R ?、R ?參數(shù)的選取應(yīng)滿足I ?？垌I ?，這樣就會使得I ?≈I ?，而B點電位U ?≈ ?U ?，幾乎決定于R ?和R ?對U ?的分壓，而與環(huán)境溫度無關(guān)[3]。這樣當(dāng)溫度升高時，集電極電流I ?增大，發(fā)射極電流I ?必然相應(yīng)增大，因而發(fā)射極電阻上的電壓U ?隨之增大;因為U ?基本不變，而U ?=U ?-U ?，所以U ?勢必減小，導(dǎo)致基極電流I ?減小，I ?隨之相應(yīng)減小。結(jié)果I隨溫度變化而增大的部分幾乎由于I減小而減小的部分相抵消，I將基本不變，達(dá)到穩(wěn)定靜態(tài)工作點的目的。

四、單管共射放大電路的動態(tài)分析

放大電路的動態(tài)分析的目的是計算放大電路的動態(tài)指標(biāo)，即輸人電阻、輸出電阻和電壓放大倍數(shù)。圖4是基本共發(fā)射極放大電路的微變等效電路，從圖可以得到其放大倍數(shù)的公式如下：

而對無旁路電容的分壓式偏置放大電路進(jìn)行分析后得到其放大倍數(shù)的公式如下：

通過對比兩式不難發(fā)現(xiàn)式（1）的放大倍數(shù)的值小于式（2）放大倍數(shù)的值。這意味著無旁路電容的分壓式偏置放大電路的引入能夠穩(wěn)定靜態(tài)工作點，但它的缺點是使得放大倍數(shù)減小了，這對于放大電路來說不是一件好事。因此我們就想如何在穩(wěn)定靜態(tài)工作點的同時又能保持放大倍數(shù)不變，于是就有了旁路電容C，其電路如圖5所示。在交流通路里R被被C短路，其微變等效電路和圖4相類似，得到的電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式和式1一樣。因此，R和C的作用就是在穩(wěn)定靜態(tài)工作點的同時保證了電壓放大倍數(shù)基本不變。

五、總結(jié)

單管共射放大電路是電子學(xué)課程中最基本電路之一[4]。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)注重從電路結(jié)構(gòu)入手，采用啟發(fā)式的教學(xué)模式將單管共射放大電路的幾種組態(tài)聯(lián)系起來，構(gòu)成一個有機(jī)整體，按照“先靜后動”的原則，讓學(xué)生從宏觀上掌握放大電路。這樣可以使教學(xué)過程輕松愉悅，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張士文，亄國華.一種三極管共射放大電路的討論[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2013，（12）：43-45.

[2]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]晏勇，羅治剛.晶體三機(jī)管電路設(shè)計與探討[J].電子測試，2013，5（9）：47-49.

[4]秦曾煌.電工學(xué)（下冊）[M].北京：高等教育出版社，2009.