《電子技術基礎》中放大線路交流信號的線性分析

2021-01-08 電子產品世界

  《電子技術基礎》是電子類專業一門重要的技術基礎課。模擬電路是學生難學、教師難教的一門課程。放大器是模擬電路的入門基礎,也是《電子技術基礎》的重點和難點,只有解決了這個難題,才能進入電子技術的領域。筆者經過教學實踐,逐漸形成了以非線性器件、線性器件與線性放大的主要矛盾,以線性非線性線性為主線,以直流分析和交流分析為主要內容的放大器的分析思路和原則,較好地解決了從《電路》到《電子技術》的過渡,解決了電子技術入門難的問題。

  1 從線性到非線性

  電子線路是電路的一個分支,是包含有電子器件的電路,而電子器件是非線性器件,所以電子線路是非線性電路。《電路》中一般包括非線性電路一章,但內容少,只是簡單介紹,沒有引起學生足夠的重視。所以《電子技術基礎》課一開始就要做好從線性電路到非線性電路的過渡。

  《電子技術基礎》一開始就講PN結,PN結是半導體器件的基礎。在討論了PN結的工作原理,得到PN結的伏安特性後,就進入了非線性:其伏安特性曲線為非線性函數。在這裡首先要給出線性電阻的定義,引出直流(靜態)電阻和交流(動態)電阻的概念,對比線性電阻(伏安特性曲線為通過原點的一條直線,其直流電阻和交流電阻相等且為一常量)可得出如下重要結論:

  (1)非線性元件在伏安特性曲線上任一點的直流電阻和交流電阻一般是不相等的。

  (2)非線性元件的直流電阻和交流電阻不是一個常數,而是隨著靜態工作點的不同而變化。

  PN結的正向電阻很小,而反向電阻很大。所以,往往把他的非線性概括為單向導電性。二極體就是一個PN結,三極體由2個PN結組成,當他工作在放大狀態時,輸入特性相當於PN結的正向特性,而輸出特性相當於基區注入少數載流子控制下的PN結反向特性。

  以上講的是電子器件的非線性,有了電子器件非線性特點,才有電子線路與一般線性電路的區別,才能理解放大器的工作原理、靜態工作點的設置及直流分析和交流分析的不同。

  2 非線性帶來的放大線路的特點

  非線性元件往往會產生新的頻率分量,也就是產生非線性失真。這就是電子線路必須考慮的首要問題。如果把交流信號直接加到三極體的發射結上(即不加靜態偏置),則由於發射結的單向導電性,即便忽略了他的死區電壓和正向特性的非線性,也會產生嚴重的非線性失真,這樣只有正半周導通,而負半周是截止的(乙類工作狀態)。只有將交流信號的中心位置沿電壓軸向上平移,即在發射結加正向偏壓,並使正向偏壓值大於交流信號的振幅值,才能使PN結在交流信號的正、負半周均導通(甲類工作狀態),才能得到不失真的放大,由此得到2條結論:

  (1)為了克服PN結單向導電性帶來的非線性失真,放大器在加入交流信號之前必須加上直流偏置信號。

  (2)放大器線路中既有直流信號,也有交流信號; 2種信號的流通迴路可能不同,即既有直流通路,又有交流通路;放大器中各處的電壓和電流既有直流分量,又有交流分量,即瞬時量等於直流量加交流量,這就決定了放大器的分析包括直流分析和交流分析2部分,直流分析是確定放大器的直流工作點,交流分析是計算放大倍數,輸入和輸出電阻、輸出功率和效率以及頻率響應等性能指標。直流信號與交流信號的通路不同,特別是非線性器件對直流信號和交流信號所呈現的性能不同(直流電阻和交流電阻),所以直流分析和交流分析要採用不同的電路網絡和參數。這些往往被一些同學所忽略,應特別引起注重。

  3 微變信號的線性等效電路分析

  對微變信號在放大器的分析方法中,把他變為線性電路的分析問題,這樣就完成了線性---非線性--- 線性的全過程。但這並不是回到了原來的地方去,而是有了一個質的飛躍和提高。雖然放大線路的交流分析也是線性分析,但必須採用非線性器件在給定的靜態工作點上的交流參數,非線性的特點在這裡仍然起作用,在很多電子線路中,就是利用電子器件的直流電阻和交流電阻不同這一特點的。利用這一概念可以理解和解釋很多電路的工作原理。例如,有源負載就是利用這一特點,在較低的直流電源電壓或較大的靜態工作電流的情況下,得到一個較大的交流等效電阻,在差動放大電路中,通過對長尾式差動放大器發射極電阻功能的分析,知道他能夠有效地減小共模放大倍數而對差模信號沒有任何影響,所以他越大越好,如果用線性電阻,在一定的工作電流下,選用大的電阻,就必須受到發射極直流電源電壓的限制,這樣,選用交流電阻很大而直流電阻很小的有源負載就是很自然。

  4 結 語

  《電路》課程中一般的線性電路分析,到電子器件的非線性,再到放大線路中交流信號的線性分析,至此,對放大線路分析的任務就基本完成了,因為電路就是由電路元件構成的迴路,分析電路就是先用電路元件的模型代替這些元件後,利用電路基本定律和基本分析方法,對由電路元件的模型構成的網絡求解,電子線路與一般電路的惟一區別就在於他包含有電子器件。現在,當把電子器件也用他的電路模型代替後,電子線路也就變成了一般的電路,其分析也就變成了一般電路的分析,這樣講,是讓學生明白,電子線路是電路的一個分支,《電子技術基礎》是《電路》的延續和擴展,其基本定律和分析方法是相同的,從而建立一個統一、完整的電路分析的概念。


相關焦點

  • Multisim 10在單管共射放大電路教學中的應用
    Multisim 10是美國國家儀器公司NI(National Instruments)最新推出的Multisim版本,集電路設計和功能測試於一件,為設計者提供了一個功能強大,儀器齊全的虛擬電子工作平臺。設計者可以利用大量的虛擬電子元器件和儀器儀表,搭建虛擬實驗室,進行模擬電路、數字電路、自動控制、單片機和射頻電子線路的仿真和調試。   模擬電子技術是高校電類專業的基礎課程。
  • 基於Multisim的三極體放大電路仿真分析
    三極體放大電路是含有半導體器件三極體的放大電路,是構成各種實用放大電路的基礎電路,是《模擬電子技術》課程中的重點內容。在課程學習中,一再向學生強調,放大電路放大的對象是動態信號,但放大電路能進行放大的前提是必須設置合適的靜態工作點,如果靜態工作點不合適,輸出的波形將會出現失真,這樣的「放大」就毫無意義。
  • 一個古老而優雅的電子線路
    一個電子線路如果算得上「優雅」,那是它能夠非常簡明有效實現所需要的功能;如果算得上「漂亮
  • 課程推薦|《模擬電路基礎》國家精品課程——電子科技大學
    tid=1206729208本課程通過對半導體器件及其構成的基本電子線路分析和設計學習,掌握半導體器件等效電路模型及仿真分析方法,電子線路基本概念和電路特點,會使用電路仿真軟體分析和設計電路,結合課程內容展開實驗驗證和電路設計,使學生獲得電子線路基本知識、基本理論和基本技能,為深入學習電子技術打下基礎。
  • 關於高頻電子線路實驗的分析和介紹
    「高頻電子線路實驗」是我國高等學校電子與信息類專業和其他相關專業普遍要做的實驗,主要以無線通信系統中的基本單元電路實驗為主要內容,包括單元電路和綜合系統電路實驗。 記得我當年上學的時候,普遍使用麵包板搭電路做實驗,而這些年來,為配合各種教學實驗而誕生的形形色色的「實驗箱」已成為我國「一道風景線」。
  • 模擬電子疑難問題解惑系列(一):半導體、放大器
    模擬技術即電子設計,通過模擬電路的設計來實現某一邏輯功能的技術。眾說周知,模擬電路是電子產品電路中必備的電路,無論是產品電路設計還是晶片設計,深入了解和學習模擬技術是每個工程師的首要任務。由於模擬技術應用領域之廣、知識覆蓋之深,模擬技術被認為是廣大工程師最難學的一門課程,為了能使工程師朋友能更好的學習模擬技術,電子發燒友網整理了一些模擬電路設計中的疑難問題為大家參考。1、半導體材料製作電子器件與傳統的真空電子器件相比有什麼特點?
  • Multisim 10在差動放大電路分析中的應用
    1 電路設計  在Multisim 10中建立了如圖1所示的典型差動放大電路。T1,T2均為NPN電晶體(2N2222A),電流放大係數β設置為80。撥動開關J1,J2可選擇在差動放大電路的輸入端加入直流或交流信號。數字萬用表用於測量直流輸出電壓,示波器用於觀測交流輸入/輸出電壓波形,測量探針用於仿真時實時顯示待測支路的電壓和電流。
  • 針對電子線路的電磁兼容性分析
    隨著電子技術的高速發展,世界進入了資訊時代。電子、電氣設備或系統獲得了越來越廣泛的應用。大功率的發射機對不希望接收其信息的高靈敏度接收機構成了災難性的幹擾,在工業發達的大城市中,電磁環境越來越惡劣,往往使電子、電氣設備或系統不能正常工作,引起性能降低,甚至受到損壞。電磁幹擾產生於幹擾源,它是一種來自外部的、並有損於有用信號的電磁現象。
  • 電工電子電拖技術創新設計實驗臺(電工基礎實訓裝置)參數及介紹
    一、概述「電工電子技術創新設計實驗臺」是本公司在總結國內電工實訓設備基礎上採用成熟的技術推出的新型實訓裝置,綜合了目前我國大學本科、專科、中專及職校「電路分析」、「電工基礎」、「電工學」、 「模擬電子技術」、 「數字電路」、「電機控制」、「繼電接觸控制」及「電力拖動」等課程實訓大綱的要求而研製,特別適用於高等院校現有實訓設備的更新換代
  • ad9854產生線性調頻脈衝信號
    連續波線性調頻體制雷達高度表比脈衝體制高度表具有更好的性能。目前,產生線性調頻信號有兩種基本方法,即模擬法和數字法閉。模擬法是傳統的方法,又可分為有源和無源兩種方法。有源法存在線性調頻信號的載波與基準信號相位不相參的問題,並且振蕩器長期和短期穩定度差,振蕩頻率隨溫度變化會有漂移,相位噪聲性能亦不佳。無源法產生線性調頻信號的方法難以實現大的時寬和帶寬。
  • 幾款經典電子管前級線路的特色
    6N11一級共陰極放大線路   6N11的國外型號為6DJ8,用6N11製作一級共陰極放大的前級線路如圖1.此機是筆者製作的第一部電子管前級,當年為了求簡單和製作容易,高壓不設穩壓線路,當然採用穩壓供電時效果更好,現為了取得較好的音效,筆者給它加了一個簡單的三端穩壓電源,並且原來串在電源中的5W2.5K電阻也用一個小型扼流圈替換,這使得濾波效果更好
  • 放大電路的基礎知識問答
    頻率響應,如:怎麼才算是穩定的,如何改變頻率響應曲線的幾個方法答:頻率響應通常亦稱頻率特性,頻率響應或頻率特性是衡量放大電路對不同頻率輸入信號適應能力的一項技術指標。實質上,頻率響應就是指放大器的增益與頻率的關係。通常講一個好的放大器,不但要有足夠的放大倍數,而且要有良好的保真性能,即:放大器的非線性失真要小,放大器的頻率響應要好。
  • 光電理論技術:光學信息處理中的「線性處理」
    慧聰LED屏網報導       光學信息處理是近年來發展起來的一門新興學科,它以全息術、光學傳遞函數和雷射技術為基礎。今天為大家分享一下光學信息處理中的「線性處理」相關知識。     光學信息處理按處理的性質可分為線性處理和非線性處理兩大類。在線性處理中又分為空間不變和空間可變兩類。  所謂線性處理是指系統對多個輸入之和的響應(輸出)等於各單獨輸入時的響應(輸出)之和。一個光學成像系統就是典型的線性系統。相干光照明時,光學透鏡所具有的傅立葉變換是一種線性變換。
  • 高頻小信號諧振放大電路時域與頻域對比分析
    摘要:高頻小信號諧振放大電路,主要是用來放大採集的微小的高頻電壓信號,但是放大器的負載不是線性電阻而是具有選頻功能的諧振網絡。所以諧振放大電路能夠對不同頻率的信號進行不同增益的放大,在信號的選擇等方面具有重要的作用。
  • 交流信號電阻分壓衰減等的分析
    交流信號電阻分壓衰減電阻電路和基準電壓電阻分級電路分析1. 交流信號電阻分壓衰減電阻電路分析如圖所示是不同電平信號輸入插口電路。電路中的R1和R2構成交流信號分壓衰減電路。CK1是小信號輸入插口,CK2是大信號輸入插口。
  • 模擬電子技術基礎
    本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/271513.htm  本文主要講解模擬電子技術基礎,初學者們趕緊看這裡~~一、模擬電子技術基礎- -模擬信號與模擬電路  1、模擬信號  我們將連續性的信號稱為模擬信號,而將離散型的信號稱為數位訊號。
  • 高頻小信號調諧放大器
    小信號調諧放大器是高頻電子線路中的基本單元電路,主要用於高頻小信號或微弱信號的線性放大。在本實驗中,通過對諧振迴路的調試,對放大器處於諧振時各項技術指標的測試(電壓放大倍數,通頻帶,矩形係數),進一步掌握高頻小信號調諧放大器的工作原理。學會小信號調諧放大器的設計方法。二、實驗原理圖1-1 所示電路為共發射極接法的電晶體高頻小信號調諧放大器。
  • 如何用信號尋跡法和線路尋跡法檢修電子管收音機
    你知道如何用信號尋跡法和線路尋跡法檢修電子管收音機嗎?今天就來給你介紹一些小知識吧!信號尋跡法是由收音機天線注入信號,尋找信號是在哪一點上沒有輸出了,從而壓縮判斷故障的部位。對於無聲故障的檢查比較方便。
  • 放大電路中引入負反饋的原因是什麼
    打開APP 放大電路中引入負反饋的原因是什麼 電工天下 發表於 2020-02-22 07:29:00   什麼是放大電路的負反饋
  • 模擬電子技術中幾種類型放大器的基本判斷方法
    打開APP 模擬電子技術中幾種類型放大器的基本判斷方法 愛上半導體 發表於 2019-12-31 15:52:20 應用情況:(1)3种放大器中,共發射極放大器應用最為廣泛,在各種頻率的放大系統中都有應用,是信號放大的首選電路。(2)共集電極放大器由於它的輸入阻抗大,輸出阻抗小這一特點,主要用在放大系統中起隔離作用,比如說做多級放大系統中的輸入級,輸出級和緩衝級,使得放大器的前級電路和後級電路之間的互相影響減到最小。(3)共基極放大器具有高頻特性優良,所以主要用在工作頻率比較高的電路。