叠加定理在电子技术教学中的应用

曹媛媛

摘 要：电子技术是一门相对比较抽象难学的课程，教学过程中不但要教，更重要的是让学生“做”，即教会学生如何学习应是最根本的任务。低频小信号放大电路具有多样化的用途，可以持续增加微弱电信号，达到所要求的数值。在放大低频小信号的时候，电流中会同时出现直流信号、交流信号，导致电路分析、设计方面的问题错综复杂，需要优化利用叠加定理，有效解决存在的问题，降低电路故障发生率，确保整个电路系统处于安全、稳定运行中。

关键词：叠加定理;电子技术;教学方法

电子技术在机电类专业作为一门基础课程，是电学相关的各个专业的学生必修的课程之一。但是对于中职类的学生，底子差，基础知识掌握不牢，而本课程主要特点是概念多、抽象、难学、难记、难理解。在实际的教育教学过程中，针对此类学生应从学中做，从做中学，把培养学生的创新能力作为教育的最终目标。

本人在从事电子技术的教学过程中，发现部分同学对晶体管放大电路进行静态和动态分析时，直流通路和交流通路的画法，较为困 惑，方法明确之后，似乎有种知其然而不知其所以然的迷茫。针对这一问题，我认为从电工基础中的叠加定理这一根源出发，会形成一个比较清晰的理解思路。

一、叠加定理

叠加定理：在线性电路中，任一支路的电流（或电压）可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流 （或电压）的代数和（叠加）。

应用叠加定理分析电路时的注意事项：

（1）叠加定理仅能用于计算线性电路（即电路中的元件均为线性元件）的支路电流或电压;

（2）电压源不作用时应视为短路，电流源不作用时应视为开路，电路中的所有线性元件（包括电阻、电感和电容）都不予变动，受控源则保留在电路中，

（3）叠加时要注意电流或电压的参考方向，正确选取各分量的正负号。

二、晶体管放大电路

晶体管放大电路中放大元件有两种，一是三极管，二是场效应管。其中，三极管中有两种载流子参与导电而场效应管中仅有一种载流子参与导电，据此，将三极管称为双极型晶体管，将场效应管称为单极型晶体管。三极管有发射极（e）、基极（b）、集电极（c）三个电极，而场效应管有源极（s）、栅极（g）、漏极（d）三个电极，在组成放大电路不同组态时，两者的三个电极恰好按照此顺序对应。

三、利用叠加定理分析三极管放大电路举例

三极管放大电路有共发射极、共基极、共集电极三种连接组态，现在我们以共发射极放大组态中的分压式偏置电路为例来分析。共射极放大器是放大低频小信号的电路。从共射极放大器的工作原理來看，它有两个电量共同作用于电路一个是直流电畳，另一个交流电量。直流电量是保证三极管工作在放大状态，而交流电量是放大器要放大的信号。为了使学生们能更好的理解放大器的工作原理，我先分析直流电单独作用于电路的工作情况。

静态分析：ui=0，只考虑VCC的作用。得到的分电路如下图直流通路所示。由于电容相当于“开路”，剩下的只有原电路图中间部分。放大器只有直流的电流和电压，我们把这些值称为静态工作点，为了区别于其它状态下的直流分量，在它们的右下角加符号Q。这就是IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。再分析交流电单独作用时电路的工作情况。

动态分析：ui≠0，VCC=0，仅考虑ui的作用。直流电源置零，相当于端子直接接地，因此在分电路中RB2接在三极管基极与地之间，Rc接在三极管集电极与地之间。电容在交流电中相当于“短路”，故发射极电阻RE被短路。最终得到对应分电路如下图交流通路所示。根据这些值我们能够计算出放大器的输岀电压和电压放大倍数，以及输入、输出电阻。

最后直流和交流的工作情况叠加：

就是整个电路的工作过程.放大器在正常放大信号时，需要有一个合适的静态工作点，保证交流信号能够不失真地放大，这就是直流电的作用。

对于晶体管放大电路来说，要尽量保证输出的信号不出现失真现象，但引起失真的原因并不单一，主要原因是静态工作点存在问题，所输出的数据信号太大，导致晶体管放大电路超出所规定的范围，也就是晶体管在输出特性曲线方面的具体线性范围。如果晶体管已经进入饱和区、截止区，放大电路性质发生质的变化，具有非线性特点，也不能优化利用叠加定理客观地分析放大电路。为此，在应用叠加定理的时候，一定要充分考虑静态工作点设置不科学的情况。具体来说，以输出特性曲线为媒介，静态工作点并不能满足相关要求，低于所规定的范围，静态值集射极电压和电源电压大致相同。但集电极的电流会特别小，极易出现截止失真现象。如果该工作点特别高，其电压数值又会减小，而集电极的电流几乎处于饱和状态，出现饱和失真的几率非常大。一旦信号特别大，截止失真、饱和失真会同一时间出现。

四、结论

通过分析，大家对晶体管放大电路静态分析、动态分析时对应的直流通路和交流通路的画法，有了新的认识，实质上即对晶体管放大电路应用叠加定理画其直流电源和交流电源分别作用下的分电路。对其他组态的晶体管放大电路，该分析方法依然适用，可以知道学生自己练习以加深理解。总而言之，在晶体管放大电路运行中，要综合分析各影响因素，优化利用叠加定理，使其更好地发挥自身作用，对电路进行必要的静态、动态方面的分析。以此，客观地了解晶体管放大短路具体运行情况，降低电路故障发生率，使其运行更加安全、稳定，有效防止出现截止失真、饱和失真等现象，提高晶体管运营效益。