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    電路原理在線性放大電路中的運(yùn)用

    2018-04-21 08:10:44解澤旭
    科學(xué)與財(cái)富 2018年5期

    解澤旭

    摘 要: 對(duì)于電路的分析與計(jì)算,有多種方法可以運(yùn)用,而電路定理的應(yīng)用,更具有簡便性與可靠性?;诖?,本文就電路原理在線性放大電路中的運(yùn)用展開分析,簡要介紹了線性放大電路及用途,并進(jìn)一步對(duì)電路原理當(dāng)中的疊加定理、節(jié)點(diǎn)電位法在線性放大電路中的運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述,以期為相關(guān)線性放大電路的研究、教學(xué)等提供可靠參考。

    關(guān)鍵詞: 電路原理;線性放大電路;節(jié)點(diǎn)電位法

    前言:隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步,越來越多的模擬電路被數(shù)字電路所取代,但在通信系統(tǒng)當(dāng)中,模擬電路的應(yīng)用還占有較大占比,這一部分電路,由于無法在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新,對(duì)通信系統(tǒng)的運(yùn)行效果提升,造成了極大的制約作用。因此,有必要分析多種電路原理在線性放大電路中的運(yùn)用及效果,有效培養(yǎng)自身的系統(tǒng)思維與多向思維能力,從而為解決相關(guān)模擬電路當(dāng)中的眾多問題奠定良好的基礎(chǔ)。

    1.線性放大電路概述

    線性電路是一種由線性元件、獨(dú)立源或線性受控源構(gòu)成的電路,其中不含有任何非線性元件。本文的論述以基本共射放大電路為例,作為線性放大電路當(dāng)中的典型案例,基本共射放大電路的組成,具有以下特點(diǎn),輸入端接低頻交流電壓信號(hào),如頻率為20Hz-20KHz的音頻信號(hào);輸出端則接負(fù)載電阻,電阻的類型一般為小功率的揚(yáng)聲器或微型繼電器,特殊情況下,輸出端也可能接下一級(jí)放大電路等。

    此類線性放大電路在現(xiàn)實(shí)中的用途十分廣泛,包括利用半導(dǎo)體晶體控制電流、增強(qiáng)微弱電信號(hào)至預(yù)期放大效果等。但若要掌握相關(guān)應(yīng)用方法,必須先對(duì)其進(jìn)行深刻的理解,即對(duì)其進(jìn)行有效的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析,明確電壓放大倍數(shù)以及輸出電阻等等。

    2.電路原理在線性放大電路中的運(yùn)用分析

    2.1 疊加定理在線性放大電路中的運(yùn)用

    疊加定理是電路原理當(dāng)中的一個(gè)較為重要的定理,依據(jù)其理論定義,任一線性網(wǎng)絡(luò)中,在獨(dú)立源的單獨(dú)作用下,會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)值的電壓與電流,而每一支路上的電壓或電流,可以將其視為這一支路上所有獨(dú)立源所產(chǎn)生的電流與電壓的代數(shù)和。基本共射放大電路在小信號(hào)的作用下,可以被視為一個(gè)線性電路,該電路所含有的兩個(gè)激勵(lì)中,一個(gè)是直流電源,另一個(gè)是待放大的正弦交流小信號(hào)。在分析線性放大電路的形態(tài)與動(dòng)態(tài)工作時(shí),需要以放大電路的直流和交流通路為基礎(chǔ),可利用疊加定理,迅速劃出簡易電路圖(如圖1、圖2所示)。

    對(duì)于線性放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析,是在無交流信號(hào)輸入的情況下,此時(shí)電路當(dāng)中的電流與電壓都不會(huì)發(fā)生變化。采用疊加定理進(jìn)行靜態(tài)分析,首先應(yīng)假設(shè)直流電源單獨(dú)作用,而交流電源則為零[1]。如圖1所示,在直流電路當(dāng)中,直流電壓沒有變化率,則其電流為零,也就是說這一電路狀態(tài)為開率,去掉耦合電容,即可獲得直流通路。以直流通路為基礎(chǔ),對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)Q的IBQ、ICQ、UCEQ進(jìn)行估算,公式如下:

    對(duì)于線性放大電路的動(dòng)態(tài)分析,需要在有交流信號(hào)加入的狀態(tài)下進(jìn)行。分析過程中,可結(jié)合微變等效電路,利用疊加定理能夠了解到,當(dāng)有交流信號(hào)加入時(shí),若假設(shè)只有交流電源單獨(dú)作用,而直流電源為0,則此時(shí)對(duì)于電容元件來說,交流通路的狀態(tài)為短路,得到如圖3所示的交流通路。

    由此可見,利用疊加原理對(duì)線性放大電路進(jìn)行分析,能夠清晰的畫出放大電路的直流與交流通路,從而幫助對(duì)電路原理等加深理解。需要注意的是,在運(yùn)用疊加原理的過程中,該定理只能被用于電壓與電流響應(yīng)的求解,而不能被用于功率的計(jì)算;且在運(yùn)用疊加定理時(shí),應(yīng)保證受控源不會(huì)單獨(dú)作用,否則會(huì)促使問題的分析與求解變得更復(fù)雜。而對(duì)于獨(dú)立源來說,在其作用過程中,受控源要予以保留,計(jì)算時(shí),受控源的數(shù)值會(huì)隨著獨(dú)立源發(fā)生作用時(shí),控制數(shù)量數(shù)值的變化,相應(yīng)發(fā)生一定變化。

    2.2 節(jié)點(diǎn)電位法在線性放大電路中的運(yùn)用

    另有一種較為特殊的線性放大電路,在微變等效電路當(dāng)中,利用非線性元件——晶體管可以構(gòu)成一個(gè)放大電路,在獲得這一放大電路的交流通路的基礎(chǔ)上,將晶體管進(jìn)行等效處理,能夠得到一個(gè)線性電路。對(duì)于此類線性電路,完全可以利用線性電路中的一般分析方法,對(duì)其進(jìn)行分析與計(jì)算。

    對(duì)放大電路當(dāng)中的電壓放大倍數(shù)進(jìn)行求解,可采用節(jié)點(diǎn)電位法,相對(duì)來說,這種方法更加的直觀、簡便[2]。節(jié)點(diǎn)電位法的應(yīng)用原理,就是直接以一個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)電位為變量,列寫出相應(yīng)的KCL方程,進(jìn)而對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行求解,對(duì)支路多、節(jié)點(diǎn)少的電路來說,如微變等效電路等,具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

    在實(shí)際應(yīng)用過程中,首先應(yīng)選取一個(gè)參考節(jié)點(diǎn),該節(jié)點(diǎn)的電位為0;然后對(duì)微變等效電路上的兩個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn),列寫出節(jié)點(diǎn)電位方程;相應(yīng)的電位,分別是放大電路的輸入電壓Ui與輸出電壓U0;由此,即可進(jìn)一步求解放大電路當(dāng)中的電壓放大倍數(shù):

    應(yīng)用節(jié)點(diǎn)電位法時(shí),需要注意一點(diǎn)內(nèi)容,即在微變等效電路當(dāng)中,受控源是不可避免的,在列寫節(jié)點(diǎn)電位方程時(shí),應(yīng)先將受控源視為獨(dú)立電源,并利用節(jié)點(diǎn)電壓表示控制量,為其增加一個(gè)輔助方程。由此可見,在對(duì)線性放大電路中,電壓放大倍數(shù)進(jìn)行分析與求解時(shí),采用節(jié)點(diǎn)電位法能夠降低推算難度。除此之外,利用支路電流等方法,也能得到相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果;另有一種戴文寧定理,可用于求解線性放大電路當(dāng)中的輸出電阻,相比于傳統(tǒng)推導(dǎo)方法,戴文寧定理更適用于初學(xué)者。

    結(jié)束語:綜上所述,對(duì)電路原理在線性放大電路中的運(yùn)用進(jìn)行分析,有利于相關(guān)模擬電子分析水平與效果的提升。通過一系列分析,電路原理當(dāng)中的多種理論,對(duì)線性放大電路的分析都有較高的適用性,科學(xué)的運(yùn)用,能夠增強(qiáng)自身對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解程度,同時(shí)還能在一定程度上增強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)之間的粘性,在自學(xué)與教學(xué)領(lǐng)域,都能發(fā)揮較大作用。

    參考文獻(xiàn)

    [1]唐友明,劉丹,何巨龍.基于K型熱電偶的高精度測溫放大電路設(shè)計(jì)[J].電子科學(xué)技術(shù),2016,03(03):217-220.

    [2]袁乙木,馬尚昌.基于AD8306的寬帶大動(dòng)態(tài)范圍對(duì)數(shù)放大器設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2016,24(06):61-63.

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