朱嘉林

摘 要：放大電路頻率響應(yīng)教學(xué)內(nèi)容是模擬電子技術(shù)課程的重要內(nèi)容，大部份學(xué)生在理解這一部分內(nèi)容時都存在著困難。該文針對放大電路頻率響應(yīng)的教學(xué)方法進(jìn)行探討；提出了先計算分析電容電阻構(gòu)成的分壓電路的頻率響應(yīng)，然后過渡到放大電路頻率響應(yīng)計算分析的類比教學(xué)方法，從而使學(xué)生深入了解放大電路中產(chǎn)生頻率響應(yīng)的原因，同時通過簡單計算放大電路中耦合電容、旁路電容，以及晶體管等效電容所在回路的時間常數(shù)，通過類比得到放大電路的頻率響應(yīng)，降低放大電路頻率響應(yīng)計算分析的復(fù)雜程度，使教學(xué)事半功倍。

關(guān)鍵詞：類比方法 頻率響應(yīng) 放大電路 電壓放大倍數(shù)

中圖分類號：G613 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0188-05

Abstract： Amplifier circuit frequency response teaching content is an important part of analog electronic technology courses， there are difficulty formost students in the understanding of this part of the content In this paper， the teaching method of the frequency response of the amplifier circuit is discussed in this paper. At First， The frequency response of the voltage divider circuit composed of the capacitor resistance is analyzed and calculated ， and then the analogical teaching method of the frequency response calculation of the amplifier circuit is transitioned， so that the students can understand the amplification circuit， and the frequency response of the amplifier circuit is obtained by simply calculating the time constant of the coupling capacitor， the bypass capacitor and the circuit of the equivalent capacitance of the transistor. The frequency response of the amplifier circuit is obtained by analogy， and the complexity of the frequency response calculation and analysis of the amplifier circuit is reduced.It was achieved with minimum fuss and maximum efficiency.

Key Words： Analogue method； Frequency response； Amplification circuit； Voltage amplification factor

由于放大電路存在電抗性元件（如耦合電容、旁路電容），以及放大器本身具有極間電容，它們的阻抗都是信號頻率的函數(shù)，因此，當(dāng)輸入信號中含有不同頻率正弦分量時，電路的放大倍數(shù)就成為頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系稱為放大電路的頻率響應(yīng)或頻率特性。放大電路頻率響應(yīng)是模擬電子技術(shù)課程中有的重要教學(xué)內(nèi)容，但多數(shù)老師都感到教學(xué)學(xué)習(xí)時間花了不少，但教學(xué)效果不能令學(xué)生滿意。通過深入了解，學(xué)生無法掌握這一部份教學(xué)內(nèi)容，其主要原因在于教材中關(guān)于放大電路頻率響應(yīng)的講解比較簡單公式化，大部份學(xué)生對這一部份內(nèi)容的理解感到非常困難，無法認(rèn)識電容在放大電路中所起到的作用。學(xué)生無法認(rèn)真理解分析放大電路的頻率響應(yīng)。如何在有限的時間內(nèi)讓學(xué)生理解該部份內(nèi)容，這對于學(xué)生掌握理解放大電路的頻率響應(yīng)具有十分重要的意義。

類比教學(xué)方法是在教學(xué)中，教師有意識地進(jìn)行類比，引導(dǎo)學(xué)生把以前學(xué)過的知識和思考問題的方法轉(zhuǎn)移到要學(xué)習(xí)的知識當(dāng)中去，從而順理成章得到一些結(jié)論，這樣一來，學(xué)生便于理解，把握和接受所學(xué)的新知識，同時也會體驗(yàn)到教學(xué)中的相似所帶來的巨大魅力[1]。該文針對學(xué)生無法從公式理解放大電路的頻率響應(yīng)原因，對這一部分教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方法進(jìn)行探討，提出采用先講解復(fù)習(xí)電路分析課程中的電容電阻電路頻率響應(yīng)的分析計算，然后過渡到放大電路頻率響應(yīng)的類比教學(xué)方法來加深學(xué)生對放大電路的頻率響應(yīng)概念的理解與計算。

2 復(fù)習(xí)講解電容電阻電路頻率響應(yīng)概念及教學(xué)過程

對于圖1所示的由純電阻構(gòu)成的電路，計算其中的。

通過計算分析可知：

從該表達(dá)式中可知，在由電阻構(gòu)成的分壓電路中，其輸出電壓信號與輸入電壓信號之比是一個與電路工作頻率無關(guān)的量（電阻的比值），即該電路不存在頻率響應(yīng)。

對于圖2所示的由電阻電容構(gòu)成的串聯(lián)電路，計算其中的。

（3）式表明，當(dāng)時，，而當(dāng)時，。稱之為下限截止頻率（下限頻率），取決于電容所在回路的時間常數(shù)。在該電路中，在低頻時，電容的阻抗非常大，電容此時相當(dāng)于斷路，沒有信號輸出，在高頻時，電容阻抗非常小，電容此時相當(dāng)于短路，從而有信號輸出，故此電路也叫高通電路。

對于圖3所示的由電阻電容構(gòu)成的并聯(lián)電路，計算其中的。

通過分析計算可知：

（5）式表明，當(dāng)時，，而當(dāng)時，。稱之為上限截止頻率（上限頻率），取決于電容所在回路的時間常數(shù)。在該電路中，由于電容的阻抗效應(yīng)，對于高頻信號，電容的阻抗非常小，電容此時相當(dāng)于短路，沒有信號輸出，而對于低頻信號，電容的阻抗非常大，電容此時相當(dāng)于開路，電阻兩端才存在電壓信號，從而有信號輸出，故此電路也叫低通電路。

將上面分析的圖2和圖3組合構(gòu)成圖4電阻電容串并聯(lián)電路，計算其中的。

通過分析計算可知：

從（6）式中可知，該電路僅對于在一定頻率范圍內(nèi)（）的電壓信號其輸出電壓信號與輸入電壓信號之比是一個與電路工作頻率無關(guān)的量。該頻率范圍可以理解為中頻范圍，即輸入信號在中頻范圍內(nèi)時，輸出電壓信號與輸入電壓信號之比是一個常數(shù)，與頻率無關(guān)，，此時可以認(rèn)為不存在電容效應(yīng)，即電容C1認(rèn)為短路，電容C2開路。電路圖四變?yōu)殡娐穲D1。

而當(dāng)輸入信號頻率（6）式變?yōu)椋?）式；當(dāng)輸入信號頻率（6）式變?yōu)椋?）式。即當(dāng)或時，其輸出電壓信號與輸入電壓信號之比是一個與電路工作頻率有關(guān)的量。即在該電路中，僅考慮電容C1的作用時（C2斷開），此時構(gòu)成高通電路，電路圖4變?yōu)殡娐穲D2；僅考慮電容C2的作用時（C1短路），此時構(gòu)成低通電路，電路圖4變?yōu)殡娐穲D3。式（6）的頻率響應(yīng)曲線見圖5。

從上面分析可知，對于由于電容的阻抗效應(yīng)引起的電路頻率響應(yīng)分析，可將頻率分為低頻段分析、高頻段分析和中頻段分析。中頻段不考慮電容效應(yīng)，僅考慮電阻電路，計算出其中頻輸出電壓信號與輸入電壓信號之比；低頻段僅考慮串聯(lián)在電路中的電容效應(yīng)，此時可以計算出其下限截止頻率（）；高頻段僅考慮并聯(lián)在電路中的電容效應(yīng)，此時可以計算出其上限截止頻率（）。通過計算出上面三個重要參數(shù)，就可以得到在整個頻率范圍內(nèi)的完整頻率響應(yīng)表達(dá)式（6）和繪出頻率響應(yīng)曲線圖。而且，從上面分析可以得出幾個結(jié)論[2]：

（1）電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子：；高頻段的放大倍數(shù)需乘因子：。

（2）當(dāng)時放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍，相角超前45°； 當(dāng)時放大倍數(shù)幅值也約降到0.707倍，相角滯后45°。

（3）截止頻率決定于電容所在回路的時間常數(shù)：。

（4）頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。

通過上述講解及分析，可以引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識理解頻率響應(yīng)，以及如何分析計算頻率響應(yīng)。具備上述知識點(diǎn)以后，就可以帶領(lǐng)學(xué)生去理解和分析基本放大電路的頻率響應(yīng)。

3 基本放大電路的頻率響應(yīng)及類比教學(xué)過程

對于頻率響應(yīng)的教學(xué)一般是分析計算圖六所示基本共射放大電路的頻率響應(yīng)。計算分析之前，先畫出該電路的交流等效電路圖[3]（圖7）。在該電路中，存在耦合電容C1、C2和旁路電容Ce，同時還有晶體管本身的極間電容Cπ，根據(jù)這些電容在電路中的作用，通過類比上面所介紹的電阻電容電路頻率響應(yīng)，分析計算時， 可以將基本共射放大電路的頻率響應(yīng)分成3個頻段考慮：（1）中頻段，全部電容均不考慮，耦合電容視為短路， 極間電容視為開路。（2）低頻段，耦合電容及旁路電容的容抗不能忽略， 而極間電容視為開路。（3）高頻段，耦合電容視為短路， 而極間電容的容抗不能忽略。 這樣求得三個頻段的頻率響應(yīng)， 然后再進(jìn)行綜合。

中頻特性（不考慮電容作用），此時所有電容均不考慮，圖6電路變?yōu)閳D8電路。

一般設(shè)計電路時，都使其中的一個下限截止頻率遠(yuǎn)大于另外兩個下限截止頻率，如 fL3>> fL1， fL3>> fL2，此時，其電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式近似為：

按照（9）式，可以知道該電路的上限頻率及下限頻率，以及其通頻帶和中頻電壓放大倍數(shù)。結(jié)合前面分析所得到的結(jié)論，同樣可以畫出放大電路的頻率響應(yīng)曲線圖（如圖5所示）。

4 結(jié)語

如何將知識點(diǎn)在有限的課堂教學(xué)過程中講清楚、明白，需要教師在教學(xué)實(shí)踐活動中積極研究、探索，尋找一種針對學(xué)生知識結(jié)構(gòu)及理解能力來講解的教學(xué)方法。多年來實(shí)踐證明，該文所采用的類比教學(xué)方法，即采用電阻電容電路的頻率響應(yīng)來類比講解放大電路的頻率響應(yīng)，可以使抽象的教學(xué)過程變成一個較容易理解和掌握的過程，學(xué)生基本上完全可以理解放大電路的頻率響應(yīng)的分析及計算，而且所用的教學(xué)學(xué)時較少。

參考文獻(xiàn)

[1] 袁希娟，龔耘.淺談類比法[J].河北理工學(xué)院學(xué)報：社會科學(xué)版，2003，1（3）：84-87.

[2] 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M].北京：高等教育出版社，2006.