李月喬

(華北電力大學電氣與電子工程學院，北京102206)

“模擬電子技術基礎”課程中的放大電路和電路反饋是課程中的重要內容。筆者在教學過程中采用了與分析反向的教學方法。該教學方法并不要求學生設計一個完整的包括合適的參數在內的放大某種電路，而只是一種設計思路，學生因而感到容易理解，不代可以改善了學習效果，而且能夠掌握基本設計方法。

一些“模擬電子技術”教材在引入放大電路時，直接就給出了一個設計好的放大電路，而沒有展現(xiàn)出放大電路的設計步驟，導致許多學生對各元件的作用理解不清。筆者以雙極型三極管(BJT)組成的基本放大電路為例，介紹這種設計的教學思路。

1 放大電路的設計教學思路

1)設計直流電路

外加直流電壓源要保證BJT的發(fā)射結正偏、集電結反偏，即BJT可以工作在放大狀態(tài)。這樣的電路結構可以有很多種。圖1給出了四種常見的使BJT的發(fā)射結處于正偏狀態(tài)、集電結處于反偏狀態(tài)的直流電路。只要這些電路的參數設置合適，都可以使BJT工作在放大狀態(tài)。可以看出，不管電路的拓撲結構如何，只要電路最終能保證落在BJT發(fā)射結上的電壓使其正偏、BJT集電結上的電壓使其反偏就可以使BJT工作在放大狀態(tài)。

圖1 使BJT工作在放大狀態(tài)的直流通路

2)在直流電路中加入信號

在直流電路的基礎上加入要放大的交流小信號，就可以輸出放大了的交流信號。

以圖1(a)為例，一旦將很小的交流輸入信號接入該直流電路基極，該BJT的發(fā)射結的電壓會跟隨交流小信號變化，BJT輸出放大了的交流信號，送給后續(xù)的信號處理系統(tǒng)。

現(xiàn)以一個電壓放大電路設計為例，來自傳感器的交流小信號用交流電壓源us和與其串聯(lián)的電阻Rs來等效，后續(xù)的信號處理系統(tǒng)用線性電阻RL來等效，如圖2所示。隔直流電容C1和C2用來隔離偏置的電源Ub和UC直流，其容量要足夠大，可以認為交流信號能無衰耗地通過。

從一個三極管開始，逐個增加外接阻吝元件，可以使學生對每個元件的作用有比較深刻地理解。這比將一個完整的放大電路一下子展現(xiàn)在學生的面前，效果會好些。這種方法也便于學生理解后面的直流通路和交流通路的概念。

圖2 完整的放大電路

2 反饋的設計教學思路

在“模擬電子技術基礎”課程的學習過程中，反饋是學生比較難理解的內容之一。筆者總結了設計反饋的教學思路，對一個已有的放大電路，對其引入一個合適的反饋來改善它的交流指標。目前多數的教材都是給定一個已有反饋的放大電路，讓讀者來判斷反饋的極性和類型。而且信號源的類型(電壓源還是電流源)和負載的位置交代的也不清楚。

我們應首先強調實際需要的放大電路共有四種類型［1]，即電壓放大電路、電流放大電路、互阻放大電路和互導放大電路。因為在實際電子系統(tǒng)設計過程中，根據傳感器的工作原理，傳感器電路輸出的可以是電壓信號，也可以是電流信號，后續(xù)信號處理系統(tǒng)電路可能需要電壓信號，也可能需要電流信號，這樣組合起來，需要設計的放大電路就對應有四種類型。

然后我們應針對實際系統(tǒng)中需要的四種類型的放大電路，分別對應引入四種類型的負反饋來改善其性能指標。對電壓放大電路只能引入電壓、串聯(lián)負反饋來改善其性能指標;對電流放大電路只能引入電流、并聯(lián)負反饋來改善其性能指標;對互阻放大電路，只能引入電壓、并聯(lián)負反饋來改善其性能指標;對互導放大電路，只能引入電流、串聯(lián)負反饋來改善其性能指標。現(xiàn)通過如下例子加以說明。

［例1] 試分析一非電物理量用計算機系統(tǒng)。

我們根據實際要求選定某種傳感器，如果傳感器的的輸出是電壓信號，計算機系統(tǒng)要處理的也是電壓信號，那么就必須設計一個電壓放大電路才能滿足此系統(tǒng)的要求。

假如已經設計好的電壓放大電路如圖3所示。該電路對應的交流等效電路如圖4所示。在圖4中，假定輸入電壓ui在某個瞬間的極性為正(+)，根據共射放大電路的特點，可知第一級放大電路的輸出端極性為(-)，第二級放大電路的輸出端uo的極性為(+)。在圖4電路中，由于傳感器等效內阻比較小，必須在輸入端引入串聯(lián)負反饋。反饋信號必須是電壓信號，使基本放大電路的凈輸入電壓uid減小。因此由負載電阻RC的B點向電阻RE1上的A點引入反饋信號。反饋的結果是引入必須提升了A點的電位(+)，從而使T1的B-E極間的凈輸入電壓uid減小，從而實現(xiàn)了負反饋。圖5所示的電路中反饋電阻Rf和T1發(fā)射極電阻RE1的大小，共同決定了負反饋的深度。

圖3 電壓放大電路

圖4 圖3的交流通路

圖5 反饋網絡的接入

設計完成后，再利用瞬時極性法對所設計的反饋進行類型和極性分析［2]，以確保引入的反饋正確。應用瞬時極性法時，交流通路中只需要標出規(guī)定的那個瞬間的電壓和電流的真實方向，而不需要標出參考方向。因為在此只是判斷反饋的極性，不需要列電路定律的方程進行計算，所以不標電壓和電流的參考方向。假設放大電路輸入端的交流輸入信號在某一瞬間對地電位的極性為負也是可以的，用(－)表示，那么后續(xù)的判斷都以此為基礎進行，得出的結論與前面的方法是一樣的。

3 結語

本文針對四種類型的放大電路，為了改善其性能指標，分別對應引入四種類型的負反饋。這種從設計的角度來講解放大電路的結構，更符合學生學習的認知規(guī)律，講解方式有利于學生理解。

［1] 康華光.電子技術基礎(模擬部分)第五版［M] .北京:高等教育出版社，2006

［2] 李月喬.電子技術基礎［M] .北京:中國電力出版社，2010