戴維寧定理在放大電路靜態(tài)分析中的應(yīng)用

黃艷

摘要：戴維寧定律是電路分析中常用到的一個(gè)重要定理，但在基本放大電路分析中的應(yīng)用，教材并沒(méi)有詳細(xì)講解。本文就戴維寧定理在基本放大電路靜態(tài)分析中的應(yīng)用進(jìn)行了舉例分析，利用戴維寧定理解決基本放大電路的靜態(tài)分析，思路更為清晰、方法更為簡(jiǎn)便。

關(guān)鍵詞：戴維寧定理；共射放大電路；靜態(tài)分析

中圖分類號(hào)：TN722 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）05-0110-02

基本放大電路是模擬電子技術(shù)中最基本的電路單元，也是后續(xù)章節(jié)的重要基礎(chǔ)。在電子技術(shù)中占有重要的地位。基本放大電路的分析包括靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析，在靜態(tài)分析中，教材和參考書大多采用列寫靜態(tài)電路的KCL和KVL方程進(jìn)行求解，此方法在一些靜態(tài)分析中較為復(fù)雜?；蛑皇侵苯咏o出了利用戴維寧定理進(jìn)行靜態(tài)分析的結(jié)論，并沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)的敘述。許多學(xué)生在學(xué)習(xí)該部分知識(shí)時(shí)感覺(jué)比較吃力。本文就戴維寧定理在基本放大電路靜態(tài)分析中的應(yīng)用給出了詳細(xì)的推導(dǎo)和計(jì)算過(guò)程。

1 戴維寧定理

戴維寧定理又稱為電壓源定理，是用來(lái)化簡(jiǎn)復(fù)雜電路的一種重要方法。戴維寧定理可以敘述為：對(duì)于任何一個(gè)線性含源二端網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外電路來(lái)講，都可以等效為理想電壓源與電阻的串聯(lián)，理想電壓源的電壓等于線性含源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，其串聯(lián)的電阻等于二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立源為零時(shí)的等效電阻。戴維寧等效電路圖1所示。

在利用戴維寧定理時(shí)，應(yīng)先把需要等效變換的二端網(wǎng)絡(luò)與其它電路的連接斷開，然后計(jì)算開路電壓和等效電阻就可以了。在計(jì)算開路電壓時(shí)，需要根據(jù)二端網(wǎng)絡(luò)的具體電路形式選擇便于計(jì)算的方法。而等效電阻是將二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部獨(dú)立電源全部置零（理想電壓源短路，理想電流源開路）后，求所得到的無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻。計(jì)算等效電阻的方法有以下三種[1]：

（1）如果二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部不含有受控源時(shí)，先將二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的獨(dú)立電源全部置零，即理想電壓源用短路代替，理想電流源用開路代替。然后再利用電阻的串并聯(lián)和△- Y 相互變換的方法計(jì)算等效電阻。

（2）外加電源法。先將二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的獨(dú)立電源全部置零，然后在二端網(wǎng)絡(luò)的端口加電壓源，如圖2（a）所示，則會(huì)產(chǎn)生端口電流，列其端口電壓與端口電流的關(guān)系式，等效電阻，或者在二端網(wǎng)絡(luò)的端口加電流源，如圖2（b）所示，其端口電壓為，列其端口電壓與端口電流的關(guān)系式，則等效電阻，但應(yīng)用此方法時(shí)應(yīng)注意端口電壓和端口電流的參考方向?qū)Χ司W(wǎng)絡(luò)來(lái)講應(yīng)該是關(guān)聯(lián)的。

（3）開路電壓短路電流法。在求得二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓后，將二端網(wǎng)絡(luò)的端口短路，求其短路電流，則等效電阻。此方法保留二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的獨(dú)立電源。

2 戴維寧定理在基本放大電路靜態(tài)分析的應(yīng)用

基本放大電路的靜態(tài)分析是指在基本放大電路的直流通路中，求解靜態(tài)參數(shù)。

2.1 戴維寧定理在靜態(tài)工作點(diǎn)自穩(wěn)定放大電路中的應(yīng)用

圖3所示典型的直接耦合靜態(tài)工作點(diǎn)自穩(wěn)定放大電路，其直流通路如圖4所示，在進(jìn)行靜態(tài)分析時(shí)，大部分教材采用的是估算的方法[2]。即在設(shè)計(jì)電路時(shí)，為了能夠穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，通常使參數(shù)的選取滿足，從而忽略的存在，然后對(duì)于節(jié)點(diǎn)B列KCL：

電阻可以看作是串聯(lián)，總電壓為，根據(jù)分壓公式，則B點(diǎn)的點(diǎn)位，即電阻的電壓為。同時(shí)，

則發(fā)射極電流，基極電流 ，集電極電流

現(xiàn)利用戴維寧定理對(duì)輸入回路進(jìn)行等效變求解靜態(tài)工作。在圖3的直流通路中，求解虛框內(nèi)二端網(wǎng)絡(luò)的戴維寧等效電路。即求其開路電壓和等效電阻，根據(jù)串聯(lián)電路分壓公式可得開路電壓；把二端網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立電壓源置零，即把用短路代替，求得等效電阻。令，，根據(jù)戴維寧定理，圖4（a）可以等效為圖4（b），在圖4（b）中求解靜態(tài)工作點(diǎn)，

從以上分析可以看出，在靜態(tài)工作點(diǎn)自穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)分析中，如果利用戴維寧定理對(duì)輸入回路進(jìn)行等效變換，即使沒(méi)有的估算條件，仍然可以進(jìn)行分析和計(jì)算，而且分析和計(jì)算過(guò)程大大簡(jiǎn)化。

2.2 戴維寧定理在帶有負(fù)載的放大電路靜態(tài)分析中的應(yīng)用

直接耦合共射放大電路如圖5所示，已知晶體管的，計(jì)算時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。其直流通路如圖6（a）所示。

在求解時(shí)可以直接在圖6直流通路（a）中求解，即：

但是，由于直流通路中帶有負(fù)載，此時(shí)，電阻上通過(guò)的電流就不再是了，在求解時(shí)需用到戴維寧定理對(duì)輸出回路進(jìn)行等效變換，求出等效電源和等效的集電極電阻。首先，求虛框內(nèi)二端網(wǎng)絡(luò)的戴維寧等效電路[3]。根據(jù)串聯(lián)電路分壓公式可得等效電源，即虛框二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓：

，然后把虛框二端網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立電壓源置零，即把用短路代替，求得等效的集電極電阻，即虛框二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻：，令，，因此，圖6（a）可以等效電路為圖6（b），在圖6（b）中，

。

3 結(jié)語(yǔ)

戴維寧定理是電路分析中一條重要的定理，主要用來(lái)簡(jiǎn)化電路的分析。但在模擬電子技術(shù)分析中卻很少用到，本文提出的在基本放大電路的靜態(tài)分析中利用戴維寧定理來(lái)進(jìn)行分析和計(jì)算，使得分析和計(jì)算過(guò)程大大簡(jiǎn)化，用在教學(xué)中，學(xué)生更容易理解。結(jié)果表明，利用戴維寧定理對(duì)基本放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析，方法簡(jiǎn)單、易懂，教學(xué)效果較為理想。

參考文獻(xiàn)

[1]巨輝，周蓉.電路分析基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2012.

[2]邱關(guān)源.電路（第5版）[M].高等教育出版社，2006.

[3]童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第4版）[M].高等教育出版社，2006.endprint