电路定理在电子线路中的应用

1电路定理在电子线路中的应用摘要：“模拟电子线路”课程是理论与实际紧密结合的电类专业的基础课程。这门课程理论难于理解。其中有关非线性器件的近似线性化处理，加之直流、交流混合激励的内容，使得学生难以看清电路的本质，导致学习效果较差。笔者在多年教学实践的基础上，总结了有关基本电路的特点，在本课程教学中注意运用“电路分析基础”中的相关定理进行讲解与具体分析，有助于学生理解本课程中的难点关键词：模拟电子线路;叠加原理；戴维宁定理ApplicationofCircuitTheoremonTeachingAnalogElectronicCircuitAbstract：Asabasiccourseofelectricspecialty，AnalogElectronicCircuitcoursecloselycombinesthetheoryyandpractice，whichisralativetheoretical，anddifficultforunderstanding．Thestudentshave1ikelytogetmoreconfusedaboutthecontentssuchasapproximate1inearizationofnon—lineardevicesandthemixedexcitationofalternatingcurrentanddirectcurrent，anditmaybringpoorresultforteaching．Basedontheprofuseteachingpractice，thispapersumupthecharacteristicofbasicelectriccircuits，pointedoutsomeimportantconceptoftheoiesfromElectricCircuitAnalysis，andhowtohelpstudentseasilyunderstandthedifficultiesoftheory.Keywords：analogElectroniccircuit；principleofsuperposition；Thevenintheorem“模拟电子线路”课程内容一般是从器件开始的，如果对线性电路分析的基本理论有所遗忘，就会导致一开始就感觉到本课程难学。本课程的讲授就会以“电路分析基础”课程相关内容为起点，先回顾该课程的有关内容，打好理论分析基础，便于对本课程的理论分析与理解。1分析交直流通路时应用叠加原理1．1叠加原理对于线性电路，任何一条支路中的电压或电流，都可以看成是由电路中各个电源(电压源或电流源)分别作用时，在此支路中所产生的电压或电流的代数和。所谓电路中只有一个电源单独作用，就是假设电路中除所指电源外其余电源均除去，即理想电压源短接，即其电动势为o；理想电流源开路，即其电流为0。1．2交直流电路的分析下面通过对某些线性电路进行分析讲解，便于学生提高对基本放大电路交、直流通路的理解。在图1(a)所示线性电路中，共有两个激励源，一个是理想交流电压源让，一个是理想流电压源K。假设电容C的容量无限大，也就是容抗为o。这里重点强调是线性电路，可以用叠加原理来求解任意电量。图1(b)是理想交流电压源单独作用时的电路，图l(c)是理想直流电压源单独作用时的电路。对三个元件上电压的分析，都是以参考方向为基准的，有的学生往2往将其认为是实际电压方向，导致理解错误。对AB两点电位的分析，更有助于学生理解交直流电路中单独激励和共同激励的作用效果。基本放大电路变为等效电路后，即为线性电路。图1交直流电压激励及分解电路通过上述电路的复习，为今后基本放大电路的交直流分析打下理论基础。1．3理想直流电压源、电流源在交流电路中的作用在图2(a)所示线性电路中，共有三个激励源，一个是理想交流电压源弧，一个是理想直流电压源V一一个是理想直流电流源Ie。同样假设电容C的容量无限大，也就是容抗为o。用叠加原理来求解任意电量。图2(b)是理想交流电压源单独作用时的电路，也就是对应基本放大电路的交流通路。图2(c)是理想直流电压源和直流电流源单独作用时的电路，也就是对应的直流通路。通过对元件上电压和AB两电位的分析，有助于学生理解在交流通路中，理想直流电压源短路、理想直流电流源开路的交流通路画法。特别是在差动放大器中，射极电阻采用电流源作为直流偏置，既可以保证电路工作的直流分量，又可以在交流通路中增加射极电阻，起到抑制共模分量放大而又不影响差模分量放大的作用。3图2交直流电压源、直流电流源混合激励电路2模拟电路中直流分量的作用图3所示电路的分析有助于学生对模拟电路中直流分量作用的理解。假设图3中的电容容抗为o，二极管为理想二极管。图3(a)电路的输出波形为交流的半波。图3(b)为增加直流通路后的电路，调整电阻阻值，使得B点直流电压为理想交流电压源电压幅值的2倍。图3(c)为图3(b)依据叠加原理得出的交流通路。通过对上述电路中A、B、C、D各点电路的分析，学生很容易理解直流通路的作用。选择合适的直流通路的工作点，PN结对交流通路而言，也就无单向导电的作用，必须强调在交流通路中PN结已不存在单向导电的作用这一点，学生在分析交流通路时，头脑中PN结单向导电的影响也就不存在了，余下的分析完全是“电路分析基础”课程的内容了。4图3模拟电路中直流分量的作用3戴维宁定理应用3．1戴维宁定理任何一个有源二端线性网络(这里强调有源指交流信号源、必须是二端线性网络)，都可以用一个理想电压源和内阻串联来等效代替，理想电压源的电动势就是有源二端网络的开路电压，等效电源的内阻等于有源二端网络中所有理想电源均除去后所得到的无源网络两端之间的等效电阻。3．2戴维宁定理求解输出电阻的应用基本放大电路经微变等效后，即变换成只含有交流电源激励的交流通路。对于输出电阻的求解，共集电极电路最难理解。图4(a)为共集电极电路的交流通路，微变等效后已线性化，可以看作有源(交流信号源)二端(输出端)线性网络。有的学生不理解为什么要保留信号源，这里要强调如果不加信号源，放大电路则为双口无源线性网络，也就无输出电阻可言，这一点许多学生都提问过。利用戴维宁定理求解输出电阻时，可将理想电压源短路(保留受控电流源)，如图4(b)示，此时为无源二端线性网络，可以通过外加激励方法求解其集电路的输出电阻。从图4(a)(b)对照发现，基极、集电集电流参考方向变了，这是因为外加激励后，为了保证电压和电流的参考方向相关联，否则，欧姆定律必须有一负号，这也是“电路分析基础”课程中的内容。另外，对于交流通路而言，在选择合适直流静态工作点后，PN结已无单向导电的作用了，而是近似化成一个受控电流源，有些学生到这里又不理解了。因此，通过该定理的复习，模拟电子线路的分析经微变等效线性化后，就完全变成了“电路分析基础课程的内容了，学生也就容易理解模拟电子线路的分析过程了。5图4共集电极电路输出电阻求解电路结束语：通过对“电路分析基础”课程有关内容的复习并穿插于本课程的讲授过程中，让学生在理论的指导下来理解分析模拟电路，再通过实际电路的实验验证，这门课程对我们来说也就不难理解了。参考文献：1.秦曾煌．电工学(上、下册)[M]．北京：高等教育出版社，19992.康华光．电子技术基础(第四版)[M]．北京：高等教育出版3.《基本电路理论》主编：王蔼出版社：上海科学技术文献出版社4《电路基础》上海交通大学5.《电路》第五版原著邱关源.6