净输入量在“模拟电子技术”课程中的作用

2013-08-23王艳荣房建东褚徳欣

电气电子教学学报 2013年2期

王艳荣，房建东，褚徳欣

(内蒙古工业大学信息工程学院，内蒙古呼和浩特 010051)

基本放大电路和放大电路中的反馈是“模拟电子技术”课程的核心内容，学生能否将这两部分内容透彻理解决定了“模拟电子技术”课程教学的成败［1］。本文以放大电路净输入量作为这两部分教学内容的联系线，以放大电路净输入量的确定为切入点，将其贯穿到放大电路三种基本组态、放大电路引入反馈的极性以及负反馈的组态的确定。从而使“模拟电子技术”课程的教学过程中电路结构确定和分析判断自然流畅。

1 基本放大电路净输入量的作用

在“模拟电子技术”课程教学中，放大电路净输入量的概念一般在负反馈放大电路中才会明确提出。事实上，在教学过程中，净输入量的概念应该提前在常用半导体器件一章中晶体管的电流放大作用一节中提出［2］，以便解决学生在初学“模拟电子技术”课程时会遇到的三个难以理解的问题:①晶体管放大电路中有几条电流回路;②晶体管放大电路的基本组态;③放大电路的构成原则。

在晶体管的电流放大作用一节授课时，教师将直流电源和偏置电阻设置成晶体管发射结正偏和集电结反偏(即放大状态)的前提下，分析晶体管内部载流子运动规律，如图1所示。在此基础上提出如下四个问题。

图1 晶体管内部载流子运动示意图

⑴电路中有几条主要电流回路

若忽略ICBO和IEP这些次要因素形成的电流，在此电路中有几条电流的回路?答案是两条电流回路，一条是由b-e构成的VBB正端-Rb-b-e-VBB负端的电流回路，称为输入回路;另一条由c-e构成的VCC正端-Re-c-e-VCC负端的电流回路，称为输出回路。

⑵集电极电流iC如何改变

这个问题的能否正确回答涉及到放大电路的净输入量的确定以及输入量的物理意义。其答案是改变b-e之间的压降，即改变发射结正偏程度从而改变由发射区扩散到基区的多数载流子的数量，进而改变iC。

⑶放大电路净输入量的定义

这个问题包括信号源和负载如何接入电路的问题，同时也决定基本放大电路的三种组态。代表微弱信号的输入信号源应该接入由b-e构成的输入回路之中，用以改变b-e之间的压降，因此ube为放大电路的净输入电压，ib或ie自然是放大电路的净输入电流，这就是放大电路净输入量的概念;负载应接入由c-e构成输出回路之中。因为输入信号只能从b极或e极送入，才能改变ube，进而得到放大的输出电流iC;输出只能从c极或e极引出，从而使负载获得放大的输出功率。即放大电路有两个可能的信号输入端b极或e极(对应的可以与集成运放的同相和反相的两个信号输入端作类比)和两个可能的信号输出端c极或e极，利用组合的方法可以得到晶体管构成的放大电路的三种基本组态(共射，共基和共集)。

⑷放大电路的构成原则

若用晶体管设计基本放大电路，该如何构成?即放大电路的构成原则是什么?通过前面的分析，答案是先静态后动态，首先直流电源和偏置电阻要保证在输入信号的全周期里晶体管发射结正偏、集电结反偏(即放大状态);信号源应该接入由b-e构成的输入回路之中;负载应接入由c-e构成输出回路之中。

在整个教学思路中，以晶体管电流放大作用的分析为基础，以净输入量为契合点，带动多个知识点，解决了学生在学习“模拟电子技术”课程之初许多模糊的问题和概念。

2 负反馈放大电路净输入量的作用

在负反馈放大电路的学习过程中，学生往往在判断反馈极性和负反馈组态时存在问题。反馈的判断与基本放大电路的净输入量密切相关。由于集成运放的净输入电压和净输入电流的物理意义非常清晰，因此在反馈的判断中不存在问题。而由晶体管构成的放大电路，如果净输入量的物理意义不够清晰，则会对反馈极性和负反馈组态的判断造成影响。能否准确判断负反馈组态，既影响着电压放大倍数的估算，也影响根据要求正确接入负反馈网络。

我们在教学过程中，首先要建立和强化晶体管放大电路净输入量，包括净输入电压ube，净输入电流ib或ie，从而将晶体管的b极和e极与运放的同相输入端和反相输入端进行类比。这样在反馈极性和负反馈组态的判断中，学生可以有目标的寻找并判断反馈是改变了净输入电压还是净输入电流。如果输入信号送入一个端口(晶体管b极或e极、运放的同相输入端或反相输入端)，反馈信号反馈回同一个端口，改变了净输入电流，则为并联反馈，净输入电流增大为正反馈，减小则为负反馈;如果输入信号送入一个端口(晶体管b极或e极、运放的同相输入端或反相输入端)，反馈信号反馈回另一个端口(晶体管e极或b极、运放的反相输入端或同相输入端)，改变了净输入电压，则为串联反馈。

在这里，从净输入量出发，将晶体管的b极和e极与集成运放的同相输入端和反相输入端进行类比至关重要，因为这样可以帮助学生理出一条清晰的判断思路，不会因为负反馈放大电路中基本放大电路千变万化的电路结构而产生迷惑。由净输入量这一概念点带动起来的知识链，为学生顺利进入负反馈的学习指明了方向。