疊加定理在電子技術(shù)教學中的應用

曹媛媛

摘 要：電子技術(shù)是一門相對比較抽象難學的課程，教學過程中不但要教，更重要的是讓學生“做”，即教會學生如何學習應是最根本的任務。低頻小信號放大電路具有多樣化的用途，可以持續(xù)增加微弱電信號，達到所要求的數(shù)值。在放大低頻小信號的時候，電流中會同時出現(xiàn)直流信號、交流信號，導致電路分析、設計方面的問題錯綜復雜，需要優(yōu)化利用疊加定理，有效解決存在的問題，降低電路故障發(fā)生率，確保整個電路系統(tǒng)處于安全、穩(wěn)定運行中。

關(guān)鍵詞：疊加定理;電子技術(shù);教學方法

電子技術(shù)在機電類專業(yè)作為一門基礎課程，是電學相關(guān)的各個專業(yè)的學生必修的課程之一。但是對于中職類的學生，底子差，基礎知識掌握不牢，而本課程主要特點是概念多、抽象、難學、難記、難理解。在實際的教育教學過程中，針對此類學生應從學中做，從做中學，把培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力作為教育的最終目標。

本人在從事電子技術(shù)的教學過程中，發(fā)現(xiàn)部分同學對晶體管放大電路進行靜態(tài)和動態(tài)分析時，直流通路和交流通路的畫法，較為困 惑，方法明確之后，似乎有種知其然而不知其所以然的迷茫。針對這一問題，我認為從電工基礎中的疊加定理這一根源出發(fā)，會形成一個比較清晰的理解思路。

一、疊加定理

疊加定理：在線性電路中，任一支路的電流（或電壓）可以看成是電路中每一個獨立電源單獨作用于電路時，在該支路產(chǎn)生的電流 （或電壓）的代數(shù)和（疊加）。

應用疊加定理分析電路時的注意事項：

（1）疊加定理僅能用于計算線性電路（即電路中的元件均為線性元件）的支路電流或電壓;

（2）電壓源不作用時應視為短路，電流源不作用時應視為開路，電路中的所有線性元件（包括電阻、電感和電容）都不予變動，受控源則保留在電路中，

（3）疊加時要注意電流或電壓的參考方向，正確選取各分量的正負號。

二、晶體管放大電路

晶體管放大電路中放大元件有兩種，一是三極管，二是場效應管。其中，三極管中有兩種載流子參與導電而場效應管中僅有一種載流子參與導電，據(jù)此，將三極管稱為雙極型晶體管，將場效應管稱為單極型晶體管。三極管有發(fā)射極（e）、基極（b）、集電極（c）三個電極，而場效應管有源極（s）、柵極（g）、漏極（d）三個電極，在組成放大電路不同組態(tài)時，兩者的三個電極恰好按照此順序?qū)?/p>

三、利用疊加定理分析三極管放大電路舉例

三極管放大電路有共發(fā)射極、共基極、共集電極三種連接組態(tài)，現(xiàn)在我們以共發(fā)射極放大組態(tài)中的分壓式偏置電路為例來分析。共射極放大器是放大低頻小信號的電路。從共射極放大器的工作原理來看，它有兩個電量共同作用于電路一個是直流電畳，另一個交流電量。直流電量是保證三極管工作在放大狀態(tài)，而交流電量是放大器要放大的信號。為了使學生們能更好的理解放大器的工作原理，我先分析直流電單獨作用于電路的工作情況。

靜態(tài)分析：ui=0，只考慮VCC的作用。得到的分電路如下圖直流通路所示。由于電容相當于“開路”，剩下的只有原電路圖中間部分。放大器只有直流的電流和電壓，我們把這些值稱為靜態(tài)工作點，為了區(qū)別于其它狀態(tài)下的直流分量，在它們的右下角加符號Q。這就是IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。再分析交流電單獨作用時電路的工作情況。

動態(tài)分析：ui≠0，VCC=0，僅考慮ui的作用。直流電源置零，相當于端子直接接地，因此在分電路中RB2接在三極管基極與地之間，Rc接在三極管集電極與地之間。電容在交流電中相當于“短路”，故發(fā)射極電阻RE被短路。最終得到對應分電路如下圖交流通路所示。根據(jù)這些值我們能夠計算出放大器的輸岀電壓和電壓放大倍數(shù)，以及輸入、輸出電阻。

最后直流和交流的工作情況疊加：

就是整個電路的工作過程.放大器在正常放大信號時，需要有一個合適的靜態(tài)工作點，保證交流信號能夠不失真地放大，這就是直流電的作用。

對于晶體管放大電路來說，要盡量保證輸出的信號不出現(xiàn)失真現(xiàn)象，但引起失真的原因并不單一，主要原因是靜態(tài)工作點存在問題，所輸出的數(shù)據(jù)信號太大，導致晶體管放大電路超出所規(guī)定的范圍，也就是晶體管在輸出特性曲線方面的具體線性范圍。如果晶體管已經(jīng)進入飽和區(qū)、截止區(qū)，放大電路性質(zhì)發(fā)生質(zhì)的變化，具有非線性特點，也不能優(yōu)化利用疊加定理客觀地分析放大電路。為此，在應用疊加定理的時候，一定要充分考慮靜態(tài)工作點設置不科學的情況。具體來說，以輸出特性曲線為媒介，靜態(tài)工作點并不能滿足相關(guān)要求，低于所規(guī)定的范圍，靜態(tài)值集射極電壓和電源電壓大致相同。但集電極的電流會特別小，極易出現(xiàn)截止失真現(xiàn)象。如果該工作點特別高，其電壓數(shù)值又會減小，而集電極的電流幾乎處于飽和狀態(tài)，出現(xiàn)飽和失真的幾率非常大。一旦信號特別大，截止失真、飽和失真會同一時間出現(xiàn)。

四、結(jié)論

通過分析，大家對晶體管放大電路靜態(tài)分析、動態(tài)分析時對應的直流通路和交流通路的畫法，有了新的認識，實質(zhì)上即對晶體管放大電路應用疊加定理畫其直流電源和交流電源分別作用下的分電路。對其他組態(tài)的晶體管放大電路，該分析方法依然適用，可以知道學生自己練習以加深理解。總而言之，在晶體管放大電路運行中，要綜合分析各影響因素，優(yōu)化利用疊加定理，使其更好地發(fā)揮自身作用，對電路進行必要的靜態(tài)、動態(tài)方面的分析。以此，客觀地了解晶體管放大短路具體運行情況，降低電路故障發(fā)生率，使其運行更加安全、穩(wěn)定，有效防止出現(xiàn)截止失真、飽和失真等現(xiàn)象，提高晶體管運營效益。