鄧 于

(重慶文理學院電子電氣工程學院，重慶 永川 402160)

電子技術課程是有關電子類專業(yè)的學科基礎性課程，其主要目的是使學生掌握電子技術有關的基本原理、基本概念和基本分析方法，樹立電子電路最基本的分析、計算和設計的理念．在課程的理論教學中，不能單調采用理論推導的方法講授，但理論推導又不可避免;而在課程的實驗教學中，由于受實驗條件的限制，大多數(shù)實驗參數(shù)的調節(jié)范圍也是受限的，對于觀察實驗故障的演示與模擬也不充分，因此，采用軟件仿真技術就顯得尤其重要．

在多年的電子技術課程教學的實際中，我們總結出采用參數(shù)計算、軟件仿真和程序分析相結合的復合教學方式，使在教學中不失嚴密性的同時，增強教學的直觀性與趣味性以便于學生學習與掌握，加深對重要知識點的理解．本文以如圖1所示的分壓偏置式基本放大器為例［1］，來闡述復合式教學設計在電子技術課程教學中的應用．

圖1 分壓偏置式基本放大器電路圖

1 電路參數(shù)的計算與分析

利用計算的方法分析放大電路主要包含電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析，可以在分別畫出電路的直流通路圖和交流通路圖的情況下完成．放大電路的靜態(tài)分析主要計算電路的靜態(tài)工作點，包含VBEQ、IBQ、ICQ和VCEQ4個參數(shù);而放大電路的動態(tài)分析主要計算電路的電壓放大倍數(shù)AV、輸入電阻ri和輸出電阻ro等參數(shù)，必要時需要對電路的動態(tài)范圍和失真情況進行討論．

對于如圖1所示的電路，其靜態(tài)工作點所包含的4個參數(shù)由以下的計算公式確定［2］：

在給定電路參數(shù)的情況下，分壓偏置式基本放大電路的靜態(tài)工作點可以由(1)～(4)式計算確定．電路的主要動態(tài)參數(shù)由以下公式確定：

式中R'L=RL∥RC為放大器集電極有效負載電阻，rbe為晶體管基極—發(fā)射極之間的等效小信號交流電阻，其值為

忽略晶體管基區(qū)等效電阻rbb'的影響、滿足RB?rbe的條件下，動態(tài)參數(shù)的計算可簡化為

在實際電路的分析中，若給定電路元件參數(shù)，就可以計算出電路的靜態(tài)與動態(tài)參數(shù)．以圖1的電路為例，若取β=100、VCC=12 V、Rb1=7．5 kΩ 、Rb2=7．5 kΩ 、RC=2 kΩ 、Re=1 kΩ，求該電路的靜態(tài)工作點為VBEQ=0．7 V、IBQ=0．022 7 mA 、ICQ=2．27 mA 、VCEQ=5．1 V．若取RL=2 kΩ，則電路的動態(tài)參數(shù)為AV≈-88 、ri≈ rbe=1．44 kΩ 、ro≈ RC=2 kΩ ．

2 Multisim軟件仿真分析

在電子技術的教學中，EDA仿真得到了越來越廣泛的應用，而可以用于電子技術仿真的軟件很多，各有其特點與優(yōu)點［3］．由美國 NI公司(美國國家儀器公司)開發(fā)的Multisim軟件就是一款專門用于電子電路的仿真與設計的工具軟件，它可以在Windows下運行，是一個完整的集成化設計環(huán)境，其具有豐富的元器件庫和虛擬儀器儀表庫，能提供電路詳細的各種分析功能，并還能開設試驗環(huán)境無法進行的觀測開路、短路、漏電等非常態(tài)現(xiàn)象的仿真［4］．

圖2 線性放大狀態(tài)下的輸入/輸出波形

以圖1所示的電路為例，在Multisim的運行環(huán)境下設計完成電路以后，可以進行電路的各種參數(shù)分析、故障模擬等．圖2為放大器在線性放大狀態(tài)下的輸入與輸出波形對比，而圖3為電路在輸入信號過大時所引起的失真情況下的輸入與輸出波形對比，從對比波形中可以得出電路的許多性能．更多的對比分析可以通過修改電路中元件的參數(shù)、設置電路故障、更換虛擬儀器等實現(xiàn)．

圖3 失真情況下的輸入/輸出波形

3 Matlab軟件程序分析

利用Matlab軟件強大的程序設計功能，可以利用程序設計來分析電路，特別是在討論電路元件參數(shù)的變化對電路的狀態(tài)和參數(shù)的變化過程的分析上，其優(yōu)點特別突出［5-6］．

針對如圖1所示的電路，仍然取β=100、VCC=12 V 、Rb1=7．5 kΩ 、Rb2=7．5 kΩ 、RC=2 kΩ、Re=1 kΩ．從基礎知識可知，電路元件的參數(shù)變化都會引起電路靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)的變化．在Multisim軟件的仿真分析中，可以通過改變元件參數(shù)來觀察電路狀態(tài)的變化，但這種變化的觀察比較孤立，不利于對比．而采用Matlab軟件程序分析，可以清楚地觀察到元件參數(shù)的變化對電路狀態(tài)影響的變化過程［7］．

圖4為偏置電阻Rb1變化時對靜態(tài)工作點IB、IC和VCE三個參數(shù)的影響變化曲線．從圖線可以看出，在Rb1＞40．3 kΩ時，三極管處于截止狀態(tài)，此時的靜態(tài)參數(shù)IB=0 mA、IC=0 mA、VCE=12 V．當Rb1＜3．8 kΩ時，三極管處于飽和狀態(tài)，此時的靜態(tài)參數(shù)IB較大、IC=ICmax=4 mA、VCE=VCEs≈0．3 V ．而當3．8 kΩ ＜ Rb1＜ 40．3 kΩ時，電路處于線性放大狀態(tài)，此時靜態(tài)參數(shù)的數(shù)值可以由公式計算，靜態(tài)工作點IB、IC和VCE的數(shù)值都隨Rb1的改變而變化．

圖4 偏置電阻變化對靜態(tài)工作點的影響

同樣，如圖5所示為負載電阻RL變化時對放大器的電壓放大倍數(shù)AV的影響變化曲線．曲線較為完備地表征出放大電路的電壓放大倍數(shù)AV隨負載電阻RL變化規(guī)律．從曲線的變化規(guī)律可以看出，放大器的放大倍數(shù)AV的大小隨著負載電阻RL的增加而增大，當負載電阻RL的數(shù)值大于20 kΩ以上時，放大器的放大倍數(shù)AV接近空載時的放大倍數(shù)-138倍，并隨著負載電阻RL數(shù)值的增加緩慢變化．

圖5 放大器的放大倍數(shù)隨負載電阻的變化曲線

4 結語

針對同樣的知識點，采用公式計算方法來分析電路邏輯嚴密，特別對電路元件參數(shù)固定的電路狀態(tài)計算尤其方便．但在對電路的故障模擬、參數(shù)變化對電路狀態(tài)的影響分析時，公式計算方法并沒有優(yōu)點，而采用軟件仿真方法就可以克服公式計算方法所存在的缺點．隨著軟件仿真技術的提高，電路的軟件仿真在電子技術課程的教學中得到了越來越廣泛的應用，可選擇與利用的軟件也越來越多．但在對比電路元件參數(shù)變化對電路的靜態(tài)與動態(tài)參數(shù)的影響時，利用程序設計來觀察元件參數(shù)變化對電路參數(shù)的影響過程卻更為直觀．在教學活動中，采用多種方式結合的復合教學設計更能被學生接受，在電子技術課程的重要知識點，采用復合教學方式可以增強學生對重要知識的理解與掌握．

［1］童詩白，華成英．模擬電子技術基礎(第4版)［M］．北京：高等教育出版社，2007．

［2］康華光．電子技術基礎：模擬部分(第5版)［M］．北京：高等教育出版社，2006．

［3］于京生，陳永志，康元元．Multisim仿真軟件在模擬電子技術實驗教學中的應用［J］．石家莊學院學報，2011，13(6)：46-50．

［4］陳曉維，趙建林．Multisim仿真軟件在電子技術課程設計中的應用［J］．電子技術，2010(12)：67-68．

［5］鄭雪欽．基于Matlab電力電子技術應用的實現(xiàn)［J］．現(xiàn)代電子技術，2006(19)：151-153．

［6］劉桂英，粟時平．電力電子技術的Matlab/Simulink教學仿真實踐［J］．電氣電子教學學報，2011，33(1)：87-90．

［7］李彥，盧虎．基于MATLAB的GUI技術在電子教學中的應用［J］．電氣電子教學學報，2000，22(3)：77-79．

［8］張艷艷，袁嬡，夏詠梅．Multsim軟件在《電子技術》課程中的應用［J］．重慶文理學院學報：自然科學版，2011，30(4)：91-94．