模電學(xué)習(xí)的一些經(jīng)驗(yàn)

首先該明白這門課的研究對(duì)象，其實(shí)這門課可以說(shuō)是電路理論的延伸。其中要運(yùn)用到電路理論的分析方法，所不同的是，新增加了不少?gòu)?fù)雜的電氣元器件。

說(shuō)到元器件，首先接觸到的便是二、三極管。不論哪種版本的教材，一開(kāi)始都會(huì)介紹pn結(jié)的特性，個(gè)人覺(jué)得可以不要太在乎里面的結(jié)構(gòu)，但其特性方程是一定要記得的。然后，二極管比較簡(jiǎn)單，就是一個(gè)單一的pn結(jié)，在電路中的表現(xiàn)在不同情況下可以用不同的模型解決(理想模型、恒壓降模型、小信號(hào)模型，前兩者是用于直流分析的，而最后一個(gè)是用于交流分析的)。而對(duì)于三極管，就相對(duì)來(lái)說(shuō)復(fù)雜些，在此本人不想說(shuō)書(shū)上有的東西，只想強(qiáng)調(diào)一下學(xué)習(xí)中該注意的問(wèn)題：

1、對(duì)于三極管，它總共有三種工作狀態(tài)，當(dāng)它被放在電路中時(shí)，我們所要做的第一件事就是判斷它在所給參數(shù)下的工作狀態(tài)。(在模電的習(xí)題中，除非那道題是專門地考你三極管的狀態(tài)，否則都是工作在放大區(qū)，因?yàn)橹挥羞@樣，管子才能發(fā)揮我們想它有的效用。但在數(shù)電中，我們卻是靠管子的不同狀態(tài)的切換來(lái)做控制開(kāi)關(guān)用的)

2、既然管子基本在放大區(qū)，那么它的直流特性就有：be結(jié)的電壓為0.7V(硅管，鍺管是0.2V)，發(fā)射極電流約等于集電集電流并等于基極電流的貝塔倍。通過(guò)這幾個(gè)已知的關(guān)系，我們可以把管子的靜態(tài)工作點(diǎn)算出來(lái)——所謂靜態(tài)工作點(diǎn)就是：ce間電壓，三個(gè)極分別的電流。

3、為什么我們得先算出靜態(tài)工作點(diǎn)呢?這就要弄清直流和交流之間的關(guān)系了：在模電里，我們研究的對(duì)象都是放大電路，而其中的放大量都是交流信號(hào)，并且是比較微弱的交流信號(hào)。大家知道，三極管要工作是要一定的偏置條件的，而交流信號(hào)又小又有負(fù)值，所以我們不能直接放大交流信號(hào)，在此我們用的方法就是：給管子一個(gè)直流偏置，讓它在放大區(qū)工作，然后在直流上疊加一個(gè)交流信號(hào)(也就是讓電壓波動(dòng)，不過(guò)不是像單一的正弦波一樣圍繞0波動(dòng)，而是圍繞你加的那個(gè)直流電壓波動(dòng))，然后由于三極管的性質(zhì)，就能產(chǎn)生放大的交流信號(hào)了。

4、關(guān)于分析電路：從以上的敘述，我們可以看出分析電路應(yīng)該分為兩部分：直流分析和交流分析。不同的分析下，電路圖是不一樣的，這是因?yàn)樵诓煌牧肯?，它的特性不同?例如電容在直流下就相當(dāng)于開(kāi)路，而在交流下可以近似為短路)。而三極管，在交流下就有一個(gè)等效模型，也就是把be間等效為一個(gè)電阻，ce間等效為一個(gè)受控電流源，其電流值為be間電流的貝塔倍。這樣分析就可以很好的進(jìn)行下去了

5、備注：在模電中，我們分析的都是工程電路，而在工程中，對(duì)于精確度的要求不是很高，所以在分析時(shí)能夠忽略的因子就該忽略，例如在加減法中，如果有項(xiàng)與項(xiàng)之間相差十倍以上，那么那個(gè)很小的項(xiàng)是可以忽略的。

(二)接著就是場(chǎng)效應(yīng)管了

對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管，其種類多，性質(zhì)較三極管也復(fù)雜，但其原理還是一樣的，所以我想如果你的三極管會(huì)分析的話，應(yīng)該不會(huì)成問(wèn)題。比起三極管，場(chǎng)效應(yīng)管要求你記住它的直流特性(是把電流Id寫(xiě)成關(guān)于Vgs的二次方程)，然后交流時(shí)，要注意跨導(dǎo)的概念，具體的，書(shū)上都有寫(xiě)。

接著是說(shuō)三極管的高頻、低頻模型了

我們以開(kāi)始說(shuō)的交流分析都是在中頻下的，在中頻下，耦合電容可以看為短路，極間電容可以看為開(kāi)路——而在低頻下，耦合電容不能當(dāng)作短路;高頻下，極間電容不能當(dāng)成開(kāi)路。這就造成了交流信號(hào)的頻率對(duì)于電路放大特性的影響(整個(gè)電路的等效模型都變了嘛^_^)

在此，我們把放大倍數(shù)寫(xiě)成頻率的函數(shù)，這樣我們可以得到一個(gè)曲線，在用20log|A|的關(guān)系畫(huà)出來(lái)，就得到了波特圖。對(duì)于波特圖，我不想贅述，只想強(qiáng)調(diào)大家要注意一下低頻截止頻率、高頻截止頻率的概念，然后注意一下幾級(jí)放大電路的相頻和幅頻曲線隨頻率變化的斜率。

接著就是說(shuō)三極管的一大應(yīng)用了——集成放大電路

集成發(fā)大電路對(duì)體積要求盡可能小，所以我們就無(wú)法再用大電容了，所以一切的電路都采用直接耦合的方式。但這樣，各級(jí)工作會(huì)互相影響。而且，由于三極管的特性對(duì)溫度很敏感，所以我們必須采取措施來(lái)抑制由于溫度變化而產(chǎn)生的噪聲。

幾乎所有的方法都是鏡像：利用產(chǎn)生對(duì)稱電路來(lái)抑制溫度或其它噪聲的影響。具體的，我也不多說(shuō)了。但這部分內(nèi)容的基礎(chǔ)還是三極管的分析，只是管子變多了，電路結(jié)構(gòu)變巧妙了!

接著學(xué)完集成放大電路的結(jié)構(gòu)后，內(nèi)容就相對(duì)簡(jiǎn)單了，因?yàn)榇藭r(shí)我們不再是用一根根的三極管來(lái)組成電路，而是用已經(jīng)做好了的集成放大器來(lái)組成電路。對(duì)于集成放大器，想必大家在電路理論這門課上也學(xué)過(guò)，但要注意的是：在電路理論中，我們只強(qiáng)調(diào)它的“虛短”“虛斷”的性質(zhì)，而從來(lái)沒(méi)有考慮到它的同相端和反相端的接法問(wèn)題。而實(shí)際上，由于開(kāi)環(huán)的輸出相位直接和端口接法相關(guān)，因此在這里我們不得不考慮。然后就是反饋，信號(hào)處理電路和信號(hào)產(chǎn)生電路了。

(三)接下來(lái)是負(fù)反饋

這部分的內(nèi)容本人覺(jué)得是最難也最重要的。主要內(nèi)容有：反饋類型的判斷、反饋引入的方法、反饋對(duì)放大電路性能的影響、反饋的放大倍數(shù)計(jì)算和自激震蕩(不做要求)。

首先，對(duì)于反饋類型的判斷，用到的方法是瞬時(shí)極性法。這里就不贅述了，不過(guò)我想講句就是：當(dāng)考慮輸出經(jīng)過(guò)反饋回路對(duì)輸入造成影響的時(shí)候，要把輸入當(dāng)成是零，然后再用疊加原理看反饋回路的作用進(jìn)而判斷反饋類型。然后，對(duì)于反饋網(wǎng)絡(luò)和放大網(wǎng)絡(luò)，都可以當(dāng)成二端口網(wǎng)絡(luò)來(lái)看，因此分析時(shí)就可以將其抽象化，不必考慮其結(jié)構(gòu)，而對(duì)不同的反饋類型又有不同的網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)。在計(jì)算深度反饋放大電路的放大時(shí)，放大倍數(shù)為反饋網(wǎng)絡(luò)放大倍數(shù)的倒數(shù)，因此我們只要把反饋網(wǎng)絡(luò)抽象出來(lái)再對(duì)其加以運(yùn)算就夠了!至于反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)放大電路的影響，書(shū)上有詳細(xì)的說(shuō)明，我也不贅述了。其實(shí)也就是反饋輸出影響了輸入，自然就影響了放大電路的一些特性咯^_^

為什么我說(shuō)反饋重要呢?因?yàn)楹髢烧碌膬?nèi)容都要用到集成運(yùn)放，而對(duì)于運(yùn)放，其開(kāi)環(huán)性能很不好，我們通常引入反饋使其工作在閉環(huán)狀態(tài)下。對(duì)于信號(hào)處理電路，我們通常引入負(fù)反饋，而對(duì)于信號(hào)產(chǎn)生電路，我們引入正反饋。

先說(shuō)信號(hào)處理電路，我覺(jué)得也沒(méi)什么好說(shuō)的，其實(shí)本質(zhì)都是負(fù)反饋的特例，只不過(guò)為了實(shí)現(xiàn)不同的功能，我們必須引入不同的負(fù)反饋罷了。而且引入的都是深度負(fù)反饋，因此分析整個(gè)電路性能的時(shí)候，主要還是抓住反饋電路的性質(zhì)入手!

再說(shuō)信號(hào)產(chǎn)生電路，與信號(hào)處理電路不同，它的電路中除了提供集成運(yùn)放的工作電壓外，并無(wú)輸入，在這種情況下，為了得到我們想要的信號(hào)，就必須引入正反饋。此時(shí)，正反饋可以將偶然的噪聲源放大然后輸出。當(dāng)然，我們并不想要噪聲，我們只是利用噪聲得到我們所需的信號(hào)，因此這里就要求我們的電路里有個(gè)選擇信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)以濾去我們不想要的信號(hào).總的說(shuō)來(lái)，信號(hào)產(chǎn)生電路就分為三部分：放大電路，反饋網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，反饋網(wǎng)絡(luò)和放大網(wǎng)絡(luò)還得滿足一定的參數(shù)條件，具體見(jiàn)書(shū)上!

(四)剩下還是補(bǔ)充一下直流電源的內(nèi)容吧：

直流電源的構(gòu)成分成三個(gè)部分：整流、濾波、穩(wěn)壓。這部分比較簡(jiǎn)單，書(shū)上有的東西我就不多說(shuō)了，說(shuō)些對(duì)大家有啟發(fā)的東西(主要是用信號(hào)的觀點(diǎn)來(lái)看待全過(guò)程)。首先，我們擁有的是一個(gè)頻率單一的正弦交流信號(hào)，這個(gè)時(shí)候，我們先將其進(jìn)行整流，書(shū)上說(shuō)整流的作用是將交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為方向單一的直流信號(hào)，在此，我覺(jué)得更好的理解是利用二極管的單向?qū)щ娦詫㈩l率單一的信號(hào)變成了頻率豐富的信號(hào)(原信號(hào)的頻譜完全集中在它的角頻率上，而整流后的信號(hào)，在頻率為0(即直流)、原角頻率的兩倍、及原角頻率的偶數(shù)倍都有頻譜分布，而且，在頻率為零處的功率最大)，而我們想要的，只是直流信號(hào)(即頻率為零的信號(hào))。此時(shí)，我們用一個(gè)理想低通濾波器便可將直流信號(hào)提取出來(lái)、把其他頻率的交流信號(hào)濾去，但實(shí)際上理想低通是不存在的，我們只有用性能并不是很好的RC濾波器先將低頻部分提取出來(lái)，此時(shí)，我們得到的信號(hào)已經(jīng)與直流信號(hào)差不多，只是還有些少量的交流信號(hào)。接著，我們便利用穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性進(jìn)而將小的交流信號(hào)也濾去!

擴(kuò)展閱讀：差模信號(hào)、共模信號(hào)、共模抑制比的概念