基于特定放大電路的分析與反思

何一芥

摘要：以2019全國電子設計大賽D題特定放大電路為基礎，分析電路中各個元器件發生變化對電路產生的影響，重悟《模擬電子線路》中基礎電子電路的教學。

關鍵詞：全國電子設計大賽D題;特定放大電路;教學

中圖分類號：TP331 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）08-0231-02

0 引言

在2019年全國電子設計大賽中D題要求設計一簡單電路特性測試儀，其中發揮部分需設計儀表能完成對特定放大電路中各個元器件發生變化或故障進行準確判斷，經對此電路進行理論分析與實際測試，重新認識這一經典分壓式共射放大電路，并反思在模電教學中對基礎電路的教學方式。

1 特定放大電路的理論分析與實際測試

特定放大電路如圖1所示，R1、R2、R3、R4決定三極管的靜態偏置，C1輸入耦合電容，C2射級旁路電容，C3主要影響上限截止頻率。由于所選9013型號的β值較大，為保證輸出信號不失真，輸入信號的幅值uip-p=20mV，f=1KHz，通過實測uop-p=10V（疊加直流），上限截止頻率196K，基極電壓為2.93V，發射極電壓為2.33V，集電極電壓為7.44V。經理論推算基極電流約為16μA。

應題目要求，R1、R2、R3、R4任一電阻開路或短路;C1、C2、C3任一電容開路;C1、C2、C3任一電容增加到原來值的2倍時電路會發生的變化理論與實測分析如下：R1開路，三極管處于截止狀態，交流信號無法通過三極管到集電極，輸出實測12V，ri=15K;R2開路，靜態工作點上升，三極管處于飽和狀態，交流信號能通過三極管到集電極，輸出信號下降，輸出實測4.08V（疊加直流）;R3開路，相當于集電極開路，三極管處于飽和狀態，基極電流上升，靜態分析時不能直接忽略基極電流，實測基極電壓為0.8V，發射極電壓為0.2V，集電極電壓為0.2V。經理論推算，基極電流與集電極電流基本相同。輸出實測205mV（疊加直流）;R4開路，發射極開路，三極管截止，輸出實測12V，ri=43K//15K;R1短路，三極管處于飽和狀態，實測基極電壓為12V，發射極電壓為11.4V，集電極電壓為11.4V，經理論推算，發射極電流11.4mA，集電極電流為0.3mA，集電極電流與發射極電流不等。輸出實測 11.4V（疊加直流），ri=0K;R2短路，三極管處于截止狀態，輸出實測12V，ui=0V，ri=0K;R3短路，三極管導通，實測基極電壓為2.98V，發射極電壓為2.344V，集電極電壓為12V。經理論推算，基極電流約為 10μA左右，靜態工作點下移，接近三極管截止區。輸出實測12V，且無交流信號輸出。ro=0K;R4短路，靜態工作點上升，三極管飽和，實測基極電壓為0.6V，發射極電壓為0V，集電極電壓為0V，經理論推算，基極電流225μA，集電極電流為6mA，集電極電流不受基極電流控制，不滿足β倍的關系。如若C3變為2C3，上限截止頻率下降;當輸入信號頻率設定在200K時，C3未開路，測的輸出為uop-p=9.44V，C3開路，測的輸出為uop-p=10V，C3變為2C3，測的輸出為uop-p=8.77V。

2 反思

但通過分析，每個元器件發生變化都會對電路產生不同影響，可見此電路實際并不簡單。反觀在實際模電教學中，特別是對經典基礎電路的分析，注重的是電路參數的計算，而學生在初次接觸這些理論與計算推導時，大多數都感覺枯燥乏味，如能像分析此電路一樣對電路中元器件進行不同處理并通過仿真觀察現象，反推元器件在電路中的作用，再加以理論分析與計算，并配合三極管的輸入輸出特性曲線，直觀感受電阻變化對靜態工作點的影響，特別是當三極管工作在飽和區，集電極電流不再受基極電流控制，雖基極偏置有分壓。同樣不同電容的取值對電路的頻率響應的影響，結合仿真中的波特圖一目了然，學生接受起來會更簡單，認識也更深。如圖2在multisim中對電路進行仿真后，從波特圖中可以直觀看出C1、C2主要影響電路的低頻特性，C3影響電路的高頻特性。

3 結語

全國電子設計大賽的辦賽宗旨即為以賽促教、以賽促學。今天的賽題D題更是提醒一線老師要注重基礎知識的教學，不能浮于表面，電子技術類課程內容初次接觸確實枯燥乏味，但一旦深入研究每個基礎電路的工作原理，每個元器件在電路中所起的作用，就會發現前人的構思是如此的巧妙，為實現功能，將各類器件運用到極致，如同一門嚴謹又神奇的藝術，讓人不得不嘆為觀止，期待在今后的教學中能讓學生領略到電路的美。

參考文獻

[1] 李向麗，周林成.基于OBE理念的“模擬電子技術”課程教學改革探索[J].科技創新導報，2015（25）：152-153.

[2] 孟顯嬌，王賽男.以電子設計大賽為導向的《模擬電子技術》課程教學改革探索[J].產業與科技論壇，2017（08）：169-170.

Analysis and Reflection Based on Specific Amplification Circuits

HE Yi-jie

（North Dipper College，Wuhan Qingchuan College，Wuhan? Hubei? 430000）

Abstract：Based on the specific amplifier circuit of Question D of the National Electronic Design Competition in 2019， and re-understands the teaching of basic electronic circuit in Analog Electronic Circuit.

Key words：National Electronic Design Competition D questions; specific amplification circuit; teaching