何一芥

摘要：以2019全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽D題特定放大電路為基礎(chǔ)，分析電路中各個(gè)元器件發(fā)生變化對(duì)電路產(chǎn)生的影響，重悟《模擬電子線(xiàn)路》中基礎(chǔ)電子電路的教學(xué)。

關(guān)鍵詞：全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽D題;特定放大電路;教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP331 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）08-0231-02

0 引言

在2019年全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽中D題要求設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單電路特性測(cè)試儀，其中發(fā)揮部分需設(shè)計(jì)儀表能完成對(duì)特定放大電路中各個(gè)元器件發(fā)生變化或故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，經(jīng)對(duì)此電路進(jìn)行理論分析與實(shí)際測(cè)試，重新認(rèn)識(shí)這一經(jīng)典分壓式共射放大電路，并反思在模電教學(xué)中對(duì)基礎(chǔ)電路的教學(xué)方式。

1 特定放大電路的理論分析與實(shí)際測(cè)試

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

應(yīng)題目要求，R1、R2、R3、R4任一電阻開(kāi)路或短路;C1、C2、C3任一電容開(kāi)路;C1、C2、C3任一電容增加到原來(lái)值的2倍時(shí)電路會(huì)發(fā)生的變化理論與實(shí)測(cè)分析如下：R1開(kāi)路，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，交流信號(hào)無(wú)法通過(guò)三極管到集電極，輸出實(shí)測(cè)12V，ri=15K;R2開(kāi)路，靜態(tài)工作點(diǎn)上升，三極管處于飽和狀態(tài)，交流信號(hào)能通過(guò)三極管到集電極，輸出信號(hào)下降，輸出實(shí)測(cè)4.08V（疊加直流）;R3開(kāi)路，相當(dāng)于集電極開(kāi)路，三極管處于飽和狀態(tài)，基極電流上升，靜態(tài)分析時(shí)不能直接忽略基極電流，實(shí)測(cè)基極電壓為0.8V，發(fā)射極電壓為0.2V，集電極電壓為0.2V。經(jīng)理論推算，基極電流與集電極電流基本相同。輸出實(shí)測(cè)205mV（疊加直流）;R4開(kāi)路，發(fā)射極開(kāi)路，三極管截止，輸出實(shí)測(cè)12V，ri=43K//15K;R1短路，三極管處于飽和狀態(tài)，實(shí)測(cè)基極電壓為12V，發(fā)射極電壓為11.4V，集電極電壓為11.4V，經(jīng)理論推算，發(fā)射極電流11.4mA，集電極電流為0.3mA，集電極電流與發(fā)射極電流不等。輸出實(shí)測(cè) 11.4V（疊加直流），ri=0K;R2短路，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出實(shí)測(cè)12V，ui=0V，ri=0K;R3短路，三極管導(dǎo)通，實(shí)測(cè)基極電壓為2.98V，發(fā)射極電壓為2.344V，集電極電壓為12V。經(jīng)理論推算，基極電流約為 10μA左右，靜態(tài)工作點(diǎn)下移，接近三極管截止區(qū)。輸出實(shí)測(cè)12V，且無(wú)交流信號(hào)輸出。ro=0K;R4短路，靜態(tài)工作點(diǎn)上升，三極管飽和，實(shí)測(cè)基極電壓為0.6V，發(fā)射極電壓為0V，集電極電壓為0V，經(jīng)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(mǎn)足β倍的關(guān)系。如若C3變?yōu)?C3，上限截止頻率下降;當(dāng)輸入信號(hào)頻率設(shè)定在200K時(shí)，C3未開(kāi)路，測(cè)的輸出為uop-p=9.44V，C3開(kāi)路，測(cè)的輸出為uop-p=10V，C3變?yōu)?C3，測(cè)的輸出為uop-p=8.77V。

2 反思

但通過(guò)分析，每個(gè)元器件發(fā)生變化都會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生不同影響，可見(jiàn)此電路實(shí)際并不簡(jiǎn)單。反觀在實(shí)際模電教學(xué)中，特別是對(duì)經(jīng)典基礎(chǔ)電路的分析，注重的是電路參數(shù)的計(jì)算，而學(xué)生在初次接觸這些理論與計(jì)算推導(dǎo)時(shí)，大多數(shù)都感覺(jué)枯燥乏味，如能像分析此電路一樣對(duì)電路中元器件進(jìn)行不同處理并通過(guò)仿真觀察現(xiàn)象，反推元器件在電路中的作用，再加以理論分析與計(jì)算，并配合三極管的輸入輸出特性曲線(xiàn)，直觀感受電阻變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，特別是當(dāng)三極管工作在飽和區(qū)，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(duì)電路的頻率響應(yīng)的影響，結(jié)合仿真中的波特圖一目了然，學(xué)生接受起來(lái)會(huì)更簡(jiǎn)單，認(rèn)識(shí)也更深。如圖2在multisim中對(duì)電路進(jìn)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(jié)語(yǔ)

全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽的辦賽宗旨即為以賽促教、以賽促學(xué)。今天的賽題D題更是提醒一線(xiàn)老師要注重基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)，不能浮于表面，電子技術(shù)類(lèi)課程內(nèi)容初次接觸確實(shí)枯燥乏味，但一旦深入研究每個(gè)基礎(chǔ)電路的工作原理，每個(gè)元器件在電路中所起的作用，就會(huì)發(fā)現(xiàn)前人的構(gòu)思是如此的巧妙，為實(shí)現(xiàn)功能，將各類(lèi)器件運(yùn)用到極致，如同一門(mén)嚴(yán)謹(jǐn)又神奇的藝術(shù)，讓人不得不嘆為觀止，期待在今后的教學(xué)中能讓學(xué)生領(lǐng)略到電路的美。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 孟顯嬌，王賽男.以電子設(shè)計(jì)大賽為導(dǎo)向的《模擬電子技術(shù)》課程教學(xué)改革探索[J].產(chǎn)業(yè)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