什么是電路模型 為什么要建立電路模型 電路模型的表示方法及作用

在對(duì)實(shí)際電路的分析過程中,經(jīng)常采用電路模型來表示器件或整個(gè)系統(tǒng)。因此, 如何用相對(duì)簡(jiǎn)單的模型來表征復(fù)雜的物理器件是在電子技術(shù)中要研究的問題。采用模型的主要優(yōu)點(diǎn)是易于采用數(shù)學(xué)方法和熟知的電路定律來處理問題。晶體管和放大電路均是采用電路模型來研究的。

下面以電壓放大電路為例,簡(jiǎn)單介紹電路模型在電路分析中的應(yīng)用, 以使讀者對(duì)于電路模型的運(yùn)用有初步概念。

放大是最基本的模擬信號(hào)處理功能, 是通過放大電路實(shí)現(xiàn)的。大多數(shù)電子系統(tǒng)都應(yīng)用了不同類型的放大電路。放大電路也是構(gòu)成其他模擬電路, 如濾波、振蕩、穩(wěn)壓等功能電路的基本單元電路。放大電路可用如圖 1.6 所示電路表示。圖中 Vs 為信號(hào)源電壓, Rs 為信號(hào)源內(nèi)阻, Vi 和Ii 分別為輸入電壓和輸入電流, RL 為負(fù)載電阻, Vo 和 Io 分別為輸出電壓和輸出電流。

放大電路在圖中以方框表示,這一部分可能由較復(fù)雜的電路組成,但在實(shí)際應(yīng)用中,一般采用雙口網(wǎng)絡(luò)作為其模型,用一些基本的元件來構(gòu)成電路模型(元件參數(shù)值可以通過對(duì)電路和元器件在工作狀態(tài)下的分析來確定,也可以通過對(duì)實(shí)際電路的測(cè)量而得到) ,用來等效實(shí)際放大電路的輸入和輸出特性,對(duì)于實(shí)際放大電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)則忽略不計(jì)。

圖 1.7 虛線框內(nèi)的電路是一般的電壓放大電路模型,它由輸入電阻 Ri、輸出電阻 Ro 和受控電壓源 Avo Vi 三個(gè)基本元件構(gòu)成。其中 Vi 為輸入電壓, Avo為輸出開路( RL = ∞)時(shí)的電壓增益。受控電壓源是一種非獨(dú)立的電壓信號(hào)源,其輸出受 Vi 信號(hào)的控制。圖中放大電路模型由電壓信號(hào)源 Vs 供能, 可在負(fù)載 RL 兩端得到所需的輸出信號(hào) Vo。

注意到電路模型圖中的輸入回路和輸出回路之間有一根連線,作為電路輸入與輸出信號(hào)的共同端點(diǎn)或參考電位點(diǎn),標(biāo)以“⊥”符號(hào),該參考點(diǎn)有利于電子電路的分析。

那么,什么樣的電路適宜采用電壓放大電路模型呢 ? 以下從輸出負(fù)載與輸入內(nèi)阻兩方面加以考慮。

由于 Ro 與 RL 的分壓作用,使負(fù)載電阻 RL 上的電壓信號(hào) Vo 小于受控電壓源的信號(hào)幅值,即

電壓增益為

負(fù)載 RL 變化會(huì)影響增益 Av 的數(shù)值, RL 的減小使 Av 下降。因此,為了避免信號(hào)衰減,要求Ro n RL。理想電壓放大電路的輸出電阻 Ro = 0。

對(duì)于輸入電路,由于信號(hào)源內(nèi)阻 Rs 和放大電路輸入電阻 Ri 的分壓作用,使放大電路輸入端的實(shí)際電壓為

若要使 Rs 對(duì)信號(hào)的衰減作用減小,應(yīng)設(shè)法提高電壓放大電路的輸入電阻 Ri , 使 Ri m Rs 成立。理想電壓放大電路的輸入電阻 Ri = ∞,此時(shí) Vi = Vs。

由以上分析可知,電壓放大電路適用于信號(hào)源內(nèi)阻 Rs 較小且負(fù)載電阻 RL 較大的場(chǎng)合。

根據(jù)實(shí)際的輸入信號(hào)和所需的輸出信號(hào)的不同, 放大電路可分為 4 種類型,即電壓放大、電流放大、互阻放大和互導(dǎo)放大。原則上,一個(gè)實(shí)際的放大電路可以取 4 種電路模型中任意一種作為它的電路模型。但是根據(jù)信號(hào)源的性質(zhì)和負(fù)載要求,一般只有其中一種模型在電路設(shè)計(jì)或分析中概念最明確,運(yùn)用最方便,需要設(shè)計(jì)者分析使用條件,從而正確運(yùn)用。