凈輸入量在“模擬電子技術(shù)”課程中的作用

王艷榮，房建東，褚徳欣

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051)

基本放大電路和放大電路中的反饋是“模擬電子技術(shù)”課程的核心內(nèi)容，學(xué)生能否將這兩部分內(nèi)容透徹理解決定了“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)的成敗［1］。本文以放大電路凈輸入量作為這兩部分教學(xué)內(nèi)容的聯(lián)系線，以放大電路凈輸入量的確定為切入點(diǎn)，將其貫穿到放大電路三種基本組態(tài)、放大電路引入反饋的極性以及負(fù)反饋的組態(tài)的確定。從而使“模擬電子技術(shù)”課程的教學(xué)過(guò)程中電路結(jié)構(gòu)確定和分析判斷自然流暢。

1 基本放大電路凈輸入量的作用

在“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)中，放大電路凈輸入量的概念一般在負(fù)反饋放大電路中才會(huì)明確提出。事實(shí)上，在教學(xué)過(guò)程中，凈輸入量的概念應(yīng)該提前在常用半導(dǎo)體器件一章中晶體管的電流放大作用一節(jié)中提出［2］，以便解決學(xué)生在初學(xué)“模擬電子技術(shù)”課程時(shí)會(huì)遇到的三個(gè)難以理解的問(wèn)題:①晶體管放大電路中有幾條電流回路;②晶體管放大電路的基本組態(tài);③放大電路的構(gòu)成原則。

在晶體管的電流放大作用一節(jié)授課時(shí)，教師將直流電源和偏置電阻設(shè)置成晶體管發(fā)射結(jié)正偏和集電結(jié)反偏(即放大狀態(tài))的前提下，分析晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如圖1所示。在此基礎(chǔ)上提出如下四個(gè)問(wèn)題。

圖1 晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)示意圖

⑴電路中有幾條主要電流回路

若忽略ICBO和IEP這些次要因素形成的電流，在此電路中有幾條電流的回路?答案是兩條電流回路，一條是由b-e構(gòu)成的VBB正端-Rb-b-e-VBB負(fù)端的電流回路，稱為輸入回路;另一條由c-e構(gòu)成的VCC正端-Re-c-e-VCC負(fù)端的電流回路，稱為輸出回路。

⑵集電極電流iC如何改變

這個(gè)問(wèn)題的能否正確回答涉及到放大電路的凈輸入量的確定以及輸入量的物理意義。其答案是改變b-e之間的壓降，即改變發(fā)射結(jié)正偏程度從而改變由發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的多數(shù)載流子的數(shù)量，進(jìn)而改變iC。

⑶放大電路凈輸入量的定義

這個(gè)問(wèn)題包括信號(hào)源和負(fù)載如何接入電路的問(wèn)題，同時(shí)也決定基本放大電路的三種組態(tài)。代表微弱信號(hào)的輸入信號(hào)源應(yīng)該接入由b-e構(gòu)成的輸入回路之中，用以改變b-e之間的壓降，因此ube為放大電路的凈輸入電壓，ib或ie自然是放大電路的凈輸入電流，這就是放大電路凈輸入量的概念;負(fù)載應(yīng)接入由c-e構(gòu)成輸出回路之中。因?yàn)檩斎胄盘?hào)只能從b極或e極送入，才能改變ube，進(jìn)而得到放大的輸出電流iC;輸出只能從c極或e極引出，從而使負(fù)載獲得放大的輸出功率。即放大電路有兩個(gè)可能的信號(hào)輸入端b極或e極(對(duì)應(yīng)的可以與集成運(yùn)放的同相和反相的兩個(gè)信號(hào)輸入端作類比)和兩個(gè)可能的信號(hào)輸出端c極或e極，利用組合的方法可以得到晶體管構(gòu)成的放大電路的三種基本組態(tài)(共射，共基和共集)。

⑷放大電路的構(gòu)成原則

若用晶體管設(shè)計(jì)基本放大電路，該如何構(gòu)成?即放大電路的構(gòu)成原則是什么?通過(guò)前面的分析，答案是先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)，首先直流電源和偏置電阻要保證在輸入信號(hào)的全周期里晶體管發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏(即放大狀態(tài));信號(hào)源應(yīng)該接入由b-e構(gòu)成的輸入回路之中;負(fù)載應(yīng)接入由c-e構(gòu)成輸出回路之中。

在整個(gè)教學(xué)思路中，以晶體管電流放大作用的分析為基礎(chǔ)，以凈輸入量為契合點(diǎn)，帶動(dòng)多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，解決了學(xué)生在學(xué)習(xí)“模擬電子技術(shù)”課程之初許多模糊的問(wèn)題和概念。

2 負(fù)反饋放大電路凈輸入量的作用

在負(fù)反饋放大電路的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生往往在判斷反饋極性和負(fù)反饋組態(tài)時(shí)存在問(wèn)題。反饋的判斷與基本放大電路的凈輸入量密切相關(guān)。由于集成運(yùn)放的凈輸入電壓和凈輸入電流的物理意義非常清晰，因此在反饋的判斷中不存在問(wèn)題。而由晶體管構(gòu)成的放大電路，如果凈輸入量的物理意義不夠清晰，則會(huì)對(duì)反饋極性和負(fù)反饋組態(tài)的判斷造成影響。能否準(zhǔn)確判斷負(fù)反饋組態(tài)，既影響著電壓放大倍數(shù)的估算，也影響根據(jù)要求正確接入負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。

我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中，首先要建立和強(qiáng)化晶體管放大電路凈輸入量，包括凈輸入電壓ube，凈輸入電流ib或ie，從而將晶體管的b極和e極與運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端進(jìn)行類比。這樣在反饋極性和負(fù)反饋組態(tài)的判斷中，學(xué)生可以有目標(biāo)的尋找并判斷反饋是改變了凈輸入電壓還是凈輸入電流。如果輸入信號(hào)送入一個(gè)端口(晶體管b極或e極、運(yùn)放的同相輸入端或反相輸入端)，反饋信號(hào)反饋回同一個(gè)端口，改變了凈輸入電流，則為并聯(lián)反饋，凈輸入電流增大為正反饋，減小則為負(fù)反饋;如果輸入信號(hào)送入一個(gè)端口(晶體管b極或e極、運(yùn)放的同相輸入端或反相輸入端)，反饋信號(hào)反饋回另一個(gè)端口(晶體管e極或b極、運(yùn)放的反相輸入端或同相輸入端)，改變了凈輸入電壓，則為串聯(lián)反饋。

在這里，從凈輸入量出發(fā)，將晶體管的b極和e極與集成運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端進(jìn)行類比至關(guān)重要，因?yàn)檫@樣可以幫助學(xué)生理出一條清晰的判斷思路，不會(huì)因?yàn)樨?fù)反饋放大電路中基本放大電路千變?nèi)f化的電路結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生迷惑。由凈輸入量這一概念點(diǎn)帶動(dòng)起來(lái)的知識(shí)鏈，為學(xué)生順利進(jìn)入負(fù)反饋的學(xué)習(xí)指明了方向。

3 結(jié)語(yǔ)

“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)歷來(lái)是有難度的，學(xué)生常反映聽(tīng)不懂，入門難［3］。教師在教學(xué)過(guò)程中，除了傳授電路結(jié)構(gòu)、電路功能和分析方法之外，還要細(xì)心研究教學(xué)內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系，抓住契全點(diǎn)做到以點(diǎn)帶面。這樣的教學(xué)思路與方法既可以使學(xué)生透徹理解和掌握所學(xué)內(nèi)容，又可以做到新舊知識(shí)之間自然過(guò)渡。

［1］ 李月喬.一種學(xué)習(xí)放大電路和反饋基本原理的新方法［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33(6)

［2］ 華成英等主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)［M］.北京:高等教育出版社，2006

［3］ 李月喬.“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”教學(xué)方法的思考與體會(huì)［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(5)