模拟电子技术课程中的工程近似分析方法*

◆吴国祥 施敏

1 引言

模拟电子技术（简称模电）课程内容抽象，教师难教、学生难学，教师教得辛苦、学生学得痛苦。主要原因在于低年级工科学生习惯于线性思维和科学理论的精确计算，不太理解实际应用的工程近似分析。因此，培养学生的工程思维是模电课程学习入门的关键。

模电中的二极管、三极管都是非线性器件，其PN结的电压、电流关系是指数方程[1-2]，相关电路需要用图解法或迭代法求解，图解法需要已知特性曲线，迭代法计算非常复杂，因此都不实用。在一定的条件下将非线性器件线性化，简化模型、方便分析和计算，这就是工程近似分析方法[3-4]。非线性器件的工程近似分析方法几乎贯穿了整个模电课程，正确地分析与处理非线性特性对模电课程的学习非常重要。二极管、三极管等电子器件不仅具有非线性特征，而且其参数还因工艺制造的原因产生分散性，实际特性曲线与手册上的参考特性曲线之间存在差异[5]，在各种模拟电路的计算中，绝对精确是不可能的，也没有多大的实际意义。在允许的误差范围内，进行定性分析、定量估算的工程近似方法，才是分析解决问题的核心和关键。

本文对二极管的工程近似模型、集成运放的虚短和虚断、深度负反馈条件下的近似计算等进行了深入的分析，其本质都是对非线性问题进行线性化的近似处理。本文的研究表明，这种方法非常适合于模电课程中相关问题的分析与计算，对模电教学有很大的帮助。

2 二极管的工程近似模型

3 集成运放的虚短和虚断

集成运放采用半导体工艺，将大量的三极管、电阻、电容等元件制作在同一块芯片上，包括输入级差分放大、中间级电压放大和输出级功率放大，其电路模型如图2所示，P、N两端分别为同相和反相输入端。一般来说，输入电阻ri≥106 Ω，输出电阻ro≤100 Ω，开环增益为104—106，输出电压的范围为U-＜uo＜U+，其传输特性如图3所示，AB段几乎是一条垂直直线，上下两条水平线分别对应于正、负饱和极限值U+、U-，为非线性区。若进行近似处理，可得理想运放的电路模型，如图4所示。当（up-uN）＞0时，uo将趋于正饱和极限电压U+；当（up-uN）＜0时，uo将趋于负饱和极限电压U-；将集成运放的性能参数理想化，特征表达为：ip→0，iN→0，ri→∞，ro→0，Au→∞。

图2 集成运放的电路模型

图3 集成运放的传输特性

图4 理想运放的电路模型

在实际的放大电路中，一般存在负反馈作用，使uN自动跟踪up，净输入uid=up-uN≈0，这种现象称为虚假短路，简称虚短；而输入电阻很大，两输入端的电流ip=iN≈0，这种现象称为虚假断路，简称虚断。虚短是本质，虚断是现象。这两个概念对于分析线性电路具有非常重要的工程意义。

如图5所示的T型网络反相比例运算电路，利用虚短和虚断的概念，很容易得到输出电压：

图5 T型网络反相比例运算电路

图6 反馈放大电路框图

图7 差分放大电路

4 深度负反馈条件下的近似计算

在电子电路中，反馈是指将电路输出量的一部分或全部通过反馈网络，用一定的方式送回到输入回路，以影响输入量的过程，体现了输出信号对输入信号的反作用。

5 结束语

在各种模拟电路的计算中，精确是相对的，近似是绝对的，工程近似思维模式贯穿了整个模电课程。因此，在模电课程教学过程中，应将工程理念融入教学和实践中，培养学生学以致用的理念，引导学生建立非线性工程思维模式。抓住主要矛盾，理解问题的本质，培养近似计算的工程思维方法；忽略次要矛盾，将复杂的问题简单化，寻找解决工程问题的有效途径。

[1]康华光.电子技术基础:模拟部分[M].5版.北京:高等教育出版社,2008.

[2]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].3版.北京:高等教育出版社,2003.

[3]王建平,马卫国.模拟电子技术实验教学改革与探索术[J].中国教育技术装备,2012(30):116-117.

[4]申杰奋.模拟电路理论与实验教学模式的改革与探索[J].中国电力教育,2012(6):80.

[5]闫慧兰,雷飞,徐萍萍.“模拟电子技术”多元化教学的探索[J].电气电子教学学报,2010(5):86-87.