妙用發(fā)散性思維，輕松學(xué)習(xí)模擬電路

丁衛(wèi)華

摘?要：模擬電路是電子技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)專業(yè)課程。該課程內(nèi)容繁雜，要求學(xué)習(xí)者有扎實(shí)的元器件識(shí)別、檢測(cè)技能，也要求學(xué)習(xí)者具備一定的讀圖能力。本文以發(fā)散性思維為出發(fā)點(diǎn)，介紹模擬電路學(xué)習(xí)中的一些知識(shí)點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法。

關(guān)鍵詞：模擬電路?發(fā)散性思維?三極管電路知識(shí)點(diǎn)發(fā)展思維

隨著電子行業(yè)日新月異的發(fā)展，電子電路逐漸由模擬電路轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電路的天下。在人們的日常生活中，數(shù)字電視、數(shù)碼相機(jī)、閃存、微處理器等處處充斥在眼前。然而在數(shù)字技術(shù)穩(wěn)步前進(jìn)的今天，模擬技術(shù)仍有著不可替代的地位。這有兩個(gè)主要原因，一是模擬電路是數(shù)字電路與人、自然世界的接口電路；二是數(shù)字電路中的時(shí)鐘信號(hào)、供電電源離不開(kāi)模擬電路。因此模擬電路的學(xué)習(xí)依然是電子技術(shù)學(xué)習(xí)的重中之重。

模擬電路是電子技術(shù)入門的必經(jīng)之路，很多初學(xué)者都把它稱為“魔鬼電路”，在學(xué)的過(guò)程中感嘆電子技術(shù)的深?yuàn)W難學(xué)，甚至產(chǎn)生了畏難心理。的確，對(duì)于初學(xué)電子技術(shù)者，要熟練掌握各種不同特性的電子元器件，透徹理解各種功能電路的工作原理，是有一定難度的。不過(guò)，學(xué)習(xí)模擬電路，掌握好學(xué)習(xí)方法是有捷徑可走的。筆者在這里結(jié)合發(fā)散性思維，對(duì)模擬電路學(xué)習(xí)中的一些難點(diǎn)進(jìn)行分析和總結(jié)，旨在拋磚引玉，希望學(xué)習(xí)者能多思考、琢磨，形成適合自己的有效的學(xué)習(xí)方法。

發(fā)散性思維是創(chuàng)造性思維的一種方式，又稱輻射性思維或擴(kuò)散性思維。它立足于某個(gè)基本知識(shí)點(diǎn)，將原有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行有效組合，尋找出更多新的知識(shí)點(diǎn)或方法。人們經(jīng)常說(shuō)的“舉一反三”“觸類旁通”也是指的這類方法。

一、由三極管內(nèi)部的PN結(jié)結(jié)構(gòu)出發(fā)，學(xué)習(xí)三極管的三腳電壓關(guān)系和電流關(guān)系

以NPN型三極管為例，三極管是由兩塊PN結(jié)背靠背按相應(yīng)的工藝要求制成。其中發(fā)射區(qū)摻雜濃度大，目的是為了提供大量的載流子（電子）；基區(qū)做得很薄，目的是有利于來(lái)自發(fā)射區(qū)的載流子穿過(guò)基區(qū)到達(dá)集電區(qū)；集電結(jié)做得比發(fā)射結(jié)面積大，目的是有利于接收來(lái)自發(fā)射極的載流子。如圖1和圖2所示。

發(fā)散性思維引出的知識(shí)點(diǎn)：一是三極管管腳名稱和電壓偏置方法。發(fā)射區(qū)：發(fā)射電子的位置，應(yīng)該接電源負(fù)端；集電極區(qū)：收集電子的位置，集電結(jié)面積大，可以更好地收集擴(kuò)散來(lái)的電子，根據(jù)異性相吸的原理（吸引電子），應(yīng)該接電源正端；基區(qū)：電子依靠擴(kuò)散作用由基區(qū)擴(kuò)散至集電極區(qū)。這三區(qū)對(duì)應(yīng)的引腳分別為發(fā)射極e、集電極c、基極b。根據(jù)載流子流動(dòng)方向，三極管三腳電壓關(guān)系為、三腳電流關(guān)系。二是三極管的三種工作狀態(tài)。改變?nèi)_電壓偏置方式，三極管可以有三種工作狀態(tài)——飽和、截止和導(dǎo)通放大。當(dāng)發(fā)射極的電壓Ve不是三腳的最低電壓，發(fā)射電子的工作區(qū)不工作，三極管為截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)集電極的電壓Vc不是三腳的最高電壓，接收電子的工作區(qū)不工作，此時(shí)基極電壓Vb最高，大量電子涌入基區(qū)，造成基極電流Ib過(guò)大，三極管為飽和狀態(tài)。只有當(dāng)三極管三腳電壓滿足發(fā)射極電壓最低，集電極電壓最高，發(fā)射電子和接收電子的條件都正常滿足，三極管正常放大。

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：三極管的三腳電流關(guān)系、三腳電壓關(guān)系一直是學(xué)生較難理解、難記憶的內(nèi)容，我們通過(guò)PN結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并引入“發(fā)射”“收集”這兩個(gè)概念，學(xué)生就很容易掌握了。初學(xué)者往往容易忽略三極管的結(jié)構(gòu)圖，教師應(yīng)該對(duì)這張圖仔細(xì)分析并充分理解吸收。

二、從電阻的基本特性出發(fā)學(xué)習(xí)基本元器件和基本電路的工作原理

電阻的知識(shí)點(diǎn)是學(xué)習(xí)基本元器件的立足點(diǎn)。大多數(shù)的初學(xué)者在學(xué)習(xí)電路時(shí)遇見(jiàn)的第一個(gè)元件就是電阻。顧名思義，電阻的阻值是用來(lái)描述該元件對(duì)電流阻礙作用的大小。電阻對(duì)各種信號(hào)呈現(xiàn)出的阻礙特性相同，無(wú)論流經(jīng)其兩端為交流、直流；高頻信號(hào)、低頻信號(hào)；模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)，均一視同仁。立足于電阻的基本特性，可以用發(fā)散性思維引出以下知識(shí)點(diǎn)。

1.電容元件和電感元件的阻抗作用

電容和電感在電路中同樣應(yīng)用廣泛。特別是電容元件，使用量?jī)H次于電阻。電容在電路中經(jīng)常有這樣幾種作用：濾波、耦合、旁路。要學(xué)習(xí)這兩種元件的特性是可以從“電阻”這個(gè)角度出發(fā)理解的。電容和電感對(duì)電流同樣有阻礙作用，它們的阻礙作用被稱為阻抗，電容的阻抗叫容抗，電感的阻抗叫感抗。它們和電阻不一樣，阻抗的大小變化和頻率有關(guān)。在分析電路時(shí)我們可以把電容和電感看成是由信號(hào)頻率調(diào)節(jié)的可調(diào)電阻，分析過(guò)程見(jiàn)表1。

2.諧振電路的工作原理分析

諧振電路在電子電路中有著廣泛的應(yīng)用，高頻放大電路、振蕩電路等都有諧振電路。很多初學(xué)者在分析電路時(shí)都感到無(wú)從下手。諧振電路其實(shí)就是選頻電路，對(duì)諧振電路的分析方法同樣可以從可調(diào)電阻的特性開(kāi)始學(xué)起。

串聯(lián)諧振的特點(diǎn)：當(dāng)流經(jīng)電路的信號(hào)頻率等于諧振頻率，等效的可調(diào)電阻阻值最?。徊⒙?lián)諧振的特點(diǎn)：當(dāng)流經(jīng)電路的信號(hào)頻率等于諧振頻率，等效的可調(diào)電阻阻值最大。諧振的等效電阻大小可以影響其兩端的電壓、流經(jīng)元件電流的大小，進(jìn)而可以分析出它對(duì)流經(jīng)該電路信號(hào)的作用。

利用阻值可變的性質(zhì)，諧振電路可以作為：①選頻電路，在眾多的信號(hào)頻率中選出所需要的信號(hào)頻率。如果用在放大電路，則構(gòu)成選頻放大器；②信號(hào)吸收電路和信號(hào)衰減電路。從眾多信號(hào)頻率中將某一頻率的信號(hào)進(jìn)行衰減或吸收。

3.濾波器電路

濾波器電路就是利用電阻對(duì)信號(hào)的阻礙作用實(shí)現(xiàn)了選頻功能。電阻阻值大，信號(hào)衰減大；電阻阻值小，信號(hào)衰減小。如果借用可調(diào)電阻的概念來(lái)分析濾波器電路，就很容易理解了。分析過(guò)程可以參考諧振電路的思路。

4.由電流大小控制的可調(diào)電阻電路

三極管集電極c和發(fā)射極e之間的電阻Rce可以看成是一個(gè)由基極電流ib控制的可調(diào)電阻，改變?nèi)龢O管基極電流大小，從而可以改變?nèi)龢O管c、e腳之間的電阻。當(dāng)ib增大到三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)，rce趨于0，等效于ce兩腳間為一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)；當(dāng)ib減小到三極管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，rce趨于∞，等效于ce兩腳間為一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。從這個(gè)角度考慮，三極管可以視作是一種由電流大小控制的可調(diào)電阻，如圖3所示。模擬電路課程中關(guān)于直流電源一章所講授的串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)壓電路的工作原理，用這種等效方法進(jìn)行分析易于理解，如圖4所示。

經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：電阻、電容、電感在入門學(xué)習(xí)時(shí)可以把它們視作電路元件三“兄弟”，均能阻礙電流，并具有不同的阻礙特性。由這三種元器件搭配組合成的諧振電路、濾波器等電路均可以從可調(diào)電阻對(duì)信號(hào)的阻礙作用這個(gè)角度進(jìn)行考慮。三極管的三種工作狀態(tài)對(duì)輸入信號(hào)的影響同樣也可以從可調(diào)電路的角度進(jìn)行考慮。

模擬電路的內(nèi)容覆蓋面廣，涉及的理論知識(shí)點(diǎn)也多，它是電子技術(shù)類的基礎(chǔ)課，因此怎樣在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)盡快入門、盡快提高，這需要學(xué)習(xí)者不斷地多觀察、善思考，選取適合自己行之有效的學(xué)習(xí)方法。發(fā)散性思維能幫助初學(xué)者及時(shí)總結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容，找出各知識(shí)點(diǎn)彼此間的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)學(xué)習(xí)模擬電路起到了良好幫助。

（作者單位：珠海市高級(jí)技工學(xué)校）