电路定理在电子线路中的应用

电路定理在电子线路中的应用

广西大学电气工程学院蒋帅 0902100648

摘要：电路的分析和计算方法有多种方式，应用电路定理中的叠加原理和代维南定理，对电子线路中的基本放大电路静态和动态进行了分析.

关键词：放大；静态；动态；电压源

Circuit theorems in electronic circuit application Abstract：There are many methods to analysis and computational Circuit, Use the principle of superposition and Thevenin s theorem to analysis the electronic circuit of the basic amplifying circuit for static and dynamic.

Keywords：Amplifier; static; dynamic; voltage source

通过这个学期电路基础的学习，我对于电路的原理有了更深的理解。而我同时学习的模拟电子技术基础则是一门研究对仿真信号进行处理的模拟电路的学科。模电课程内容一般是从器件开始的，它以半导体二极管、半导体三极管和场效应管为关键电子器件，包括功率放大电路、运算放大电路、反馈放大电路、信号运算与处理电路、信号产生电路、电源稳压电路等研究方向。这门课公式多、理论分析难，而将电路的基本理论和方法应用于模电能使课程中的难点更容易理解。

下面我以模拟电子技术基础中的基本放大电路为例，用电路定理中的叠加原理和戴维南定理对其进行静态和动态的分析。

图1 基本放大电路

1、叠加原理在模电中的应用

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。当线性电路中有几个电源共同作用时，各支路的电流(或电压)等于各个电源分别单独作用时在该支路产生的电流(或电压)的代数和(叠加)。

叠加定理对于线性电路性质的理解、推导其他定理、简化更复杂电路等有着重要的意义。特别在电子技术基础的电路分析中，利用叠加定理会使电路分析更加简单，概念更加清晰。

基本放大电路是模电中的最基本电路，只有掌握了其原理和分析方法，才能进一步掌握

后续电路的原理和分析过程。在基本放大电路中，有两股信号在流动（即直流信号和交流信号），为使放大电路不失真地放大交流信号，必须设置最佳静态工作点Q ，使Q 点落在直流负载线的正中点上。这就存在如何确定直流通路的问题.另外对交流信号进行放大时，其性能参数的分析，需要通过交流通路来进行。因此，如何画出直流通路和交流通路是分析电路的关键。利用叠加原理进行分析，来确定直流通路和交流通路，简便易懂。电路中的叠加原理指出：有多个电源作用的线性电路中，任一支路的电流（或电压）都是各个独立电源单独作用时在该电路产生的电流（或电压）的叠加。放大电路在小信号作用下，可看成是线性电路，它的作用电源不止一个，如图1（a ）所示，其一是提供偏置电压的直流电源CC U ，其二是待放大的正旋交流小信号i u 。

应用叠加原理的分析方法，先考虑直流电源CC U 的作用，把交流电源去掉，即0=i u （静态分析），这时不考虑隔直电容21,C C 之外的电路（∞===C

X u c i ω1,0）,直流通路如图1（b ），利用电路的分析方法，估算静态工作点Q ：

b be c

c bq R U U I -=

bq cq I I β= 图2 微变等效电路

c cq cc ceq R I U U -= 对于交流通路的画法，一般采用的方法是直流电源对交流电源的内阻很小，可以忽略不计，故可把直流电源看作对地短路，这样很难理解此概念，但用叠加原

理解释就比较好理解，当i U 起作用时，把直流电源去掉，即0=CC U （动

态分析），这时只考虑交流小信号电源作用于电路，电容21,C C 可视作

短路，交流通路如图1（c ）。

放大电路实际上是一个非线性放大器，其核心元件是晶体管。放大

电路是工作在正弦交流小信号下，晶体管可进行等效变换，转换为线性

电路，微变等效电路如图 2 所示。这样计算放大器的参数,,,0R R A i u ，

都是交流参数，可用电路中的计算方法（支路电路法、节点电压法等）。

例如图2 中，用支路电流法：

⎪⎩⎪⎨⎧==-=be b i

b c L c c r I u I I R R I u β//0

得be L c be b L c c i v r R R r I R R I u u A ////0β-==-

= 图3

另外用叠加方法，可以方便地画出电路各部分的电流电压波形图，如图3 所示，由此可以很快理解各部分的电流电压都是交直流两部分的叠加。 以上是叠加定理在模拟电子技术电路分析中的一些应用举例。从这些例子中我们可以看出，当某一线性电路有多个信号源同时作用时，都可以用叠加定理来分析。在分析时，电压源不发生作用，可以看成短路，电流源不发生作用，可以看成断路，分步骤地分析每个电压源或电流源单独作用时所产生的结果，再把它们进行叠加，这样就能把复杂的电路简化。

2、代维南定理在模电中的应用

在模拟电子技术基础中，对放大电路输出电阻的计算方法是：将信号源短路（0=•s U 但要保留信号源内阻），将L R 取去，在输出端加一正弦交流电压0U ，必然产生动态电流0I ，则放大电路的输出电阻为：

000

0=•=S U I U R

如果不加理解地死记这个方法，往往记不住，但如果指明这是代维南定理在放大电路中的应用，就好理解得多，容易掌握。

代维南定理指出：任何一个有源二端网络，对外电路来说，都可等效成一个电压源。而实际放大电路的输出端对负载而言，可用代维南定理等效，前级放大电路可等效为一个电压源。电源的内阻就是放大电路的输出电阻0R 。所以输出电阻的计算就可转换为电源内阻的计算，因此放大电路输出电阻的计算就可采用下面的方法计算，如图2 所示：

开路电压：C C R I U ⋅=••0

短路电流：b S I I ••=β 所以：Rc I R I I U R b C C S ===

••••β00

3、总结

以上的分析过程，可看出电路定理是涉及电类各专业的一门技术基础课程。充分理解和掌握电路定理的基本概念，基本原理和基本分析方法。能使解题步骤得到简化。从晶体管到放大电路的分析计算，都离不开电路的基本分析方法。如果在学习模电中，只是思路单一地去理解模电中的电路，经常会感觉到理解困难，思维混乱。因此，在模电的学习中应注意电路定理的引入，可以保证我们掌握模电知识的连贯性，达到事半功倍的效果。