电路的分析方法

孙会丽

(铁岭师范高等专科学校理工学院，辽宁铁岭 112001)

1 理想模型分析方法

在电路中，当二极管的正向压降小于和它串联的电压，反向电流远小于和它并联的电流时，由于它的正向电阻很小，反向电流也很小，此时可不考虑二极管的正向导通电阻和反向电流，把二极管看作是理想二极管，可把二极管当作是理想开关，即正向导通反向截止，这样就可方便地分析和计算电路中的各量［1－2］。

尽管理想集成运算放大器并不存在，但一般集成运算放大器的开环差模电压增益较大，其值可达104～107倍，差模输入电阻较高，采用双极型三极管作输入级，其典型值为几十kΩ到几MΩ，而采用场效应管作输入级，其输入电阻通常＞108Ω。输出电阻微小，一般＜200Ω。另外集成运算放大器的共模抑制比也较大，失调电压、失调电流以及它们的温漂均较小，集成运算放大器的技术指标都接近理想，具体分析时可将其理想化，把集成运算放大器的主要性能指标看作:开环电压放大倍数无穷大，输入电阻无穷大，输出电阻为零，没有失调，没有失调温漂，共模抑制比趋于无穷大等。即分析时用理想模型来代替，进而推出两个输入端“虚断”和“虚短”，使问题进一步简化。

2 近似分析法

在电子电路的分析过程中，正确地做好“忽略”与“近似”，也可以把复杂的问题简单化。特别是在分析二极管、三极管、石英晶体等非线性元件及由它们组成的各种电路时，如果不用“近似”的方法难以得到结果。

二极管的正向特性是弯曲的，分析它较复杂，可用两段直线逼近，称为特性曲线折线近似。这样二极管就可用一个理想二极管、导通电阻以及一个电压等于它的导通电压的直流电源来等效。

三极管组成的共射极放大电路，当工作电流较大时，交流电流和直流电流放大倍数近乎相等，此时可对它们不加区分进行混用。

在分析三极管组成的基本放大电路时，由于电路中既含有直流成份又含有交流成份。在分析电路中的电压、电流分量时，要分别分析直流通路和交流通路，然后再求总量。在画交流通路时，如果输入信号是低频信号，可忽略耦合电容对信号的阻抗，而认为电容是短路的。同时，由于直流电源的交流内阻很小，也可认为它对交流信号是短路的。经过这些近似以后，问题将被简化。

在分析含有负反馈放大电路时，有部分输入信号会直接通过反馈网络传输到输出端，也有部分输出信号会直接通过输入回路反馈到输入端，但由于它们的量都很小，所以在研究负反馈对放大电路的作用时，可以忽略。

3 等效电路代替法

在电子电路中，根据电路中的实际工作条件和电子元件的特点，我们有时可以用已知电路来代替未知电路，用线性等效电路来代替非线性元件使问题变得易于分析和计算。

在分析放大电路的外部特性时，可把放大电路看作一个四端口网络，不考虑其内部结构，只分析它输入、输出端的电流和电压情况，此时对于输入信号源，放大电路则相当于一个输入电阻。对于负载，放大电路就相当于一个带有内阻的电压源。如此等效以后，给求解放大电路的交流性能指标将带来较大方便，如图1所示。

图1 四端口网络等效电路图

在分析三极管组成的基本放大电路时，如果电路中的信号变化的幅度微小，在分析放大电路的交流性能指标时，可以用三极管的微变等效电路来代替三极管，在低频时，可以不考虑三极管的极间电容，即在三极管的基极和发射极之间用一个PN结的结电阻来代替，集电极和发射极之间相当于一个受基极电流控制的受控电流源，如图2所示。这样就可以计算出电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等交流性能指标了。而在高频时，要考虑三极管的极间电容的影响，在分析电路的各项性能指标时，三极管就要用其高频等效电路来代替［3］。

图2 三极管等效电路

场效应管也是一种非线性器件，当其在放大电路中工作在交流小信号状态时，也可以用它的微变等效电路来代替。在它的栅极和源极之间等效于一个很大的电阻，源极和漏极之间等效于一个压控电流源［4］。

石英晶体具有极高的频率稳定度，所以通常应用在振荡电路中。石英晶体有两个谐振频率，其电路符号、等效电路及电话频率特性如图3所示。

图3 石英晶体等效电路和频率特性

即 L、C、R 支路谐振时的串联谐振频率 fs，L、C、R支路再和Co支路并联谐振时的并联谐振频率fp。当它工作在两个谐振频率之间时，石英晶体相当于一个高Q值的电感元件，可用电感元件来代替。而它工作在串联谐振频率上时，石英晶体相当于一个高选择性的短路元件，此时它的阻抗很小，可以用小电阻或是导线来代替。

4 拆分电路简化法

在电子电路的分析中，有时会遇到对大型电路的分析和计算，这时为把繁琐的问题简化，通常采用拆分电路把复杂的电路分解成简单电路，然后再来分析。

在电路中既有直流量又有交流量时，可把直流通路和交流通路分别画出来，对电路的静态和动态情况分别进行分析，会使复杂问题简单化［5］。如在分析放大电路的静态工作点和交流性能指标时，把直流通路和交流通路分开，通过直流通路来求静态工作点，由交流通路来求输入电阻、输出电阻和交流电压的放大倍数。在振荡电路中，分析是否符合三点式振荡电路的振荡条件时，电路图较复杂，若把直流部分去掉，再画出交流通路，就会一目了然，看出是否符合电容三点式或电感三点式振荡器的组成原则。

在计算多级放大电路的静态工作点和交流性能指标时，可以把各级电路分开进行研究和计算。特别在求电压放大倍数时，分别求出各级的放大倍数，同时考虑级与级之间的相互影响，可把前一级的负载当作后一级的输入电阻，或把后一级的输入电阻当作前一级的负载。然后再把各级电压放大倍数相乘得到总的电压放大倍数。而输入电阻和输出电阻分别求的是第一级的输入电阻和最后一级的输出电阻。

在分析大型的集成电路时，也要把电路拆分为输入级、中间级、输出级、偏置电路等部分，然后逐级分析其结构特点和原理作用等，掌握电路后，对于实际电路出现故障时就能及时查出漏洞。

5 假设推断法

假设推断法也是分析电子电路中常用的一种方法。先假设一个结果，然后用所得的结论和假设情况相比较，从而得出结论。

判断电路中的三极管是处于放大状态还是饱和状态时，可先假设它处于临界饱和状态，计算出三极管的基极临界饱和电流。再根据实际工作电路，计算出三极管的基极电流，然后将两者进行比较，如果实际工作电流大于临界饱和电流，则三极管处于饱和状态，否则处于放大状态。

在判断放大电路中引入的反馈是电流反馈还是电压反馈时，可先假设负载短路或者断路，然后看是否还有反馈信号，如果负载短路则电路中没有反馈信号则即为电压反馈，如果负载断路时没有了反馈信号则是电流反馈［2］。

在判断放大电路中引入的反馈是正反馈还是负反馈时，先假设输入信号的某一瞬时为正，然后沿着信号的传输路径依次推断出信号流经电路各处的相位，最后推出信号经过反馈网络传输到输入端时，反馈信号和输入信号的相位关系，从而判断电路中引入的反馈是正反馈还是负反馈［2］，这种方法也叫瞬时极性法，如图4所示。

6 结束语

图4 瞬时极性法判断反馈极性的实例

在模拟电子技术中，还存在许多分析和学习的方法，文中根据教学和学习的实践进行总结，针对本课程，掌握好的分析方法对教学和学习都会有很大的帮助。另外通过分析方法的掌握，不但能提高学生的学习成绩，更会大幅提高分析问题、解决问题的能力和水平。

［1］童诗白.模拟电子技术基础［M］.4版.北京:高等教育出版社，2006.

［2］胡宴如.模拟电子技术［M］.2版.北京:高等教育现版社，2008.

［3］胡宴如.高频电子线路［M］.3版.北京:高等教育出版社，2004.

［4］李宏恩.等效电路法在放大电路分析中的应用［J］.电子科技，2011，24(5):30 －32.

［5］曹鹏.EDA软件在《电路》理论课教学中的应用［J］.计算机仿真，2001(4):48－50.