电子课程中“近似”条件初步探析

郎佳红，程木田，周春雪

安徽工业大学 电气信息学院 安徽马鞍山 243002)



电子课程中“近似”条件初步探析

郎佳红，程木田，周春雪

安徽工业大学 电气信息学院 安徽马鞍山 243002)

基于课时压缩等原因，电工技术课程实际授课内容进一步压缩，诸多知识点只是在给定假设条件下直接进行讲解，致使学生对相关知识点理解不够到位，对后续知识点或课程的学习造成一定的困扰。本文通过基本放大电路中“假设”条件展开分析，促进了学生深入掌握电路，提升融会贯通后续内容或课程的学习能力，反应了相关“假设”条件分析具有一定必要性。

电工技术课程；基本放大电路；假设条件；仿真

电工技术课程是众多高校非电工科专业重要一门专业基础课，对后续课程的学习，尤其对学生今后的工作和生活实际具有重要的作用或影响。近年来，随着教育部“卓越工程师教育培养计划”的启动和在众多高校具体实施，加快促进了以强化大学生工程应用能力以及创新能力提高。随着社会需求发展和一系列措施的实施也极大地促进了电工技术课程的教学方法、教学手段以及教学理念的变化。电工技术课程涉及的内容非常地丰富，包括电路理论、电工理论、电机、模拟电子、数字、可编程控制技术等等，但是该类课程教学受到课时压缩、需求变化、授课对象等众多条件的影响，致使课程教学内容进一步压缩，诸如二极管、晶体管、运算电路、电源电路相关知识点的分析和计算，往往只给定近似条件直接展开计算，并没有对近似条件进行展开说明，致使学生对问题的理解具有一定的片面性、机械性，不能做到“知其然不知其所以然”融会贯通的深入掌握。而且，这样教学方式对后续相关课程的学习很可能带来“瓶颈”问题。例如，正弦量为激励源的动态电路，很多高校往往忽略讲解，致使学生对后续的电力系统暂态分析中相关内容的理解就显得不顺畅。这可能影响部分学生学习信心。受到内容量大、课时压缩减少的实际情况下，在教学过程中，“近似”满足条件的讨论往往被忽略了，或者对此一笔带过，一语概括，无疑增加了学生困惑，导致为什么可以这样，为什么要这样的疑问的出现。若对近似计算的条件甚至只字不提，导致在题目的分析讨论中，导致学生对知识点掌握不到位，题目的分析出现混淆。这些都是授课教师面对电工电子课程中众多近似计算的知识点，需要厘清哪些“近似”满足条件可以不讲，哪些可以一语概括，哪些需要较为详实地补充。哪些“近似”满足条件必须讲解，哪些不需要讲解，哪些需要详实分析，哪些可以一语带过，是众多授课教师面临需要处理的一些问题。本文针对静态工作点稳定偏置分压电路的近似计算所需满足近似条件展开分析和讨论。

1 分压式偏置电路静态工作点计算

任何电路在工作中，因器件老化、电源波动、温度升高都影响了电路的性能，其中温度影响往往是最大的。基本放大电路中分压式偏置电路，如图1所示。

图1 分压式偏置电路

该电路具有为稳定静态工作点性能。该电路静态工作点的几个参数是在近似条件下求取的，但是对近似条件课本中并没有展开说明，更没有说“近似”带来有多大影响，很多授课教师可能一语带过，甚至只字不提。

对于静态工作点计算，依据近似条件：

I2>>IB，I2=I2

(1)

得出：

(2)

从而列出静态工作点的几个参数表达式，如下：

UCE=VCC-IC·(RC+RE)

(3)

对于近似条件，在什么条件下成立，可能带来多大误差并没有具体说明。即使给定了元器件参数设置不合理的分压式偏置电路，学生很可能还是按照以上条件进行相关计算，这可能带来很多的误差，甚至不切实际。

2 近似条件的理论分析

按照电路理论，有

(4)

可解得：

(5)

对于式(5)，要求近似条件I1≈I2满足，则需要下列条件满足：

(6)

对于式(6)，列出具体数据讨论近似条件所引起误差情况，见表1所示。

为了方便讨论，取UBE=0.7V，VCC=12V，RB1=20kΩ，并令

从表1中，不难看出a变化对误差的影响比较大，b的变化对误差的影响相对比较小。究其原因，见图2所示电路。电阻RB2支路与晶体管T的B、E极、电阻RE支路并联，而晶体管T的B、E极、电阻RE支路并联的等效电阻Ri≈(1+β)RE，当a越小，即(1+β)RE>>RB2和I2>>IB，成立。

表1 参数变化引起的电流误差比较表

图2 晶体管从基极看进去等效电阻

所以通常情况下，(1+β)RE大于10倍RB2以上，即a<0，就可以认为近似条件满足。

3 近似条件的仿真分析

在Multisim平台环境搭建图1电路，晶体管T为2N2219，电阻RB1为20kΩ，电阻RB2可调，其最大范围40kΩ， RE为2kΩ，RC为2kΩ，具体搭建电路，如图3所示。仿真相关数据见表2所示。为更方便看出相关影响，将表2数据画出图4所示曲线。

表2 UB、I1、I2、IB近似计算与仿真数据对比表

图3 分压式偏置电路仿真电路

图4 仿真数据与近似计算数据曲线

从图4中曲线不难看出，当时，UB近似计算值与仿真值越来越接近，电流I1与电流I2越来越接近，两者之差IB越来越小。这种情况与理论分析是一致的。

4 结论

从分压式偏置电路静态工作点求解的近似计算满足条件展开分析，理论计算还是仿真验证都能够说明，条件满足(1+β)RE大于10倍RB2，近似分析计算是可以的，其所带来的误差是可以允许的。学生掌握相关近似条件，对于相关电路的分析和计算是很有帮助的，同时拓展学生的思维也是很有帮助的。对于电工技术课程中近似分析的内容，授课教师应根据需求的需要，有必要讲解近似分析所需满足的后台条件。

[1] 秦曾煌, 电工学(第7版)[M].北京：高等教育出版社,2009

[2] 秦曾煌, 电工学简明教程(第2版)[M].北京：高等教育出版社,2007

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

[5] 童诗白, 华成英. 模拟电子技术基础(第3版)[M]. 北京: 高等教育出版社,2001

[6] 吉培荣. 电工学[M]北京: 中国电力出版社,2012

Expansion and Analysis of the Condition of “Assumption” in the Course of Electrical Engineering

LANG Jia-hong，CHENG Mu-tian，ZHOU Chun-xue

Teaching time of the actual teaching content of the electrical engineering course is compressed by many factors influenced. a lot of knowledge points were taught directly in the actual teaching only under the given assumptions, and there is no further analysis on the assumption conditions . and it caused some difficulties that there were not enough students to understand the relevant knowledge and the follow-up to the knowledge point or curriculum. The “assumption” conditions were expansion analysis for the basic amplifier circuit in this paper, to promote the students to grasp the circuit, enhance learning ability to learn the follow-up content. “Assumptions” conditions be made for a certain further analysis or description is necessary really.

Electrical engineering course; Basic amplifying circuit; Assumed condition; Simulation

2016-10-02

郎佳红(1973-)，男，安徽工业大学电气信息学院副教授，工学硕士。

G426：TM1

A

1672-9994(2016)04-0054-03

【基金课题】：安徽省重大教学研究项目(2013ZDJY074)