分压器模型在模拟电路中的应用

摘要：分压器是一种基本的电路模型，广泛应用于电子电路中。为了简化模拟电路的分析与计算，将分压器模型应用其中。采用理论分析与仿真实验相结合的方法，对三个典型模拟电路进行理论计算，并在同样的参数条件下，用Multisim软件进行计算机仿真实验。计算机仿真结果与理论分析结果吻和较好，表明分压器模型引入到模拟电路的分析中是有效可行的。
关键词：分压器；模拟电路；应用；仿真

    模拟电路是电类专业的一门技术基础课，其中电路的分析与计算是教学的重点和难点。在繁杂多变的电路中，分压器是一种基本的电路模型，广泛应用于电子电路中。很多模拟电路的分析与计算的关键就在于在一个具体的电路中找到分压器模型，并将分压公式应用其中。本文主要介绍了分压器模型在模拟电路中的三个典型分析与计算，并利用Multisim软件进行计算机仿真。

1 分压电路与分压器模型
    电阻的串联连接常用于分压，如图1(a)所示为分压电路的基本形式。

2 分压器模型应用
    分压器模型在模拟电路中的应用最典型的是三个例子，一是静态工作点(Q点)稳定的放大电路工作原理与Q点计算；二是深度负反馈条件下的闭环电压放大倍数估算；三是源电压放大倍数的计算。其中，第一、二两个电路中较容易直接找到分压器模型，可称为分压器模型的直接应用；第三个电路中无法直接找到分压器模型，但可通过等效的方法找到，可称为分压器模型的间接应用。
2．1 静态工作点稳定的放大电路
    基本的晶体管共射放大电路简单实用。但由于三极管是一种对温度十分敏感的元件，所以当温度变化时，三极管的Q点随之变化。这种变化将使得放大电路的动态范围减小，严重时产生饱和失真或截止失真。调整电路结构可以减小温度对放大电路Q点的影响，以保持放大电路技术性能的稳定。基极分压式单管共射放大电路就是一种结构比较简单，并能有效地保持Q点稳定的电路，如图2所示。

2．1．1 工作原理
    三极管T的静态基极电位UBQ由Vcc经电阻Rb1，Rb2分压得到，可以认为基本不受温度变化的影响，比较稳定。该电路的Q点稳定原理如下：当温度升高时，集电极电流ICQ增大，发射极电流IEQ也随之增大，致使发射极电位UEQ升高，则三极管发射结电压UBEQ=UBQ-UEQ将降低，由三极管的输入特性，基极电流IBQ减小，于是ICQ也随之减小，最终使Q点基本保持稳定。
    为保证UBQ基本稳定，要求流过分压电阻的电流IRb>>IBQ，通常取IRb=(5～10)IBQ，且使UBQ=(3～5)UBEQ。
2．1．2 静态分析计算与计算机仿真
    基极分压式放大电路的Q点(一般理论计算NPN管的UBEQ=0．7 V)计算通常按以下步骤进行：
   
   
    图2中取Vcc=12 V，Rb1=8 kΩ，Rb2=2 kΩ，Rc=2 kΩ，Re=800 Ω，RL=3 kΩ，C1=C2=50 μF，Ce=100 μF，三极管T的β=50，rbb'=300 Ω。用上述Q点计算公式(4)～(9)进行理论数值计算，并在Multisim软件中搭建仿真电路如图3所示，其中万用表XMM1～XMM6分别测量UBQ，UEQ，IEQ，ICQ，IBQ，UCEQ。理论计算与计算机仿真采用相同的参数，结果如表1所示。

    表1显示，Q点各参数的理论计算与计算机仿真值均有较好的一致性。
2．2 深度负反馈条件下的闭环电压放大倍数估算
    在放大电路中引入负反馈可以改善电路的性能，深度负反馈是指反馈深度|1+AF|>>1的情况。在此条件下，常利用近似相等关系式，即Xi≈Xf估算闭环电压放大倍数。
    在晶体管多级负反馈放大电路中，由于器件繁多，电路结构复杂，使得电路分析计算难度加大。图4所示为晶体管两级放大电路，反馈类型为电压串联负反馈，该电路闭环电压放大倍数的求解关键有两点。一是近似相等关系式的确定，二是分压器模型的应用。

              
    因此，求出Uo与Uf之间的关系就可以得到闭环电压放大倍数。图4中一条重要的支路Uo，Rf，Re1正是典型的分压器模型，所以有：
   
    用式(13)进行理论计算，并在Multisim软件中搭建仿真电路进行计算机仿真，理论计算与计算机仿真均用图4中所标注的参数。得到Auuf理论=21，Auuf仿真=17．5。因此，应用分压器模型进行近似计算是可行的。
2．3 源电压放大倍数的计算
    图2电路中，若考虑信号源内阻Rs，即输入端接成图5(a)所示情况，直接求解源电压放大倍数Aus难度较大。考虑放大电路存在输入电阻Ri，画出图2电路的等效电路如图5(b)所示。可以发现输入信号Ui是由信号源Us经电阻Rs，Ri分压得到。找到了这个分压器模型，源电压放大倍数Aus就迎刃而解了。具体过程如下：
   
   
   

    图5中取Rs=250 Ω，其他参数用上节取值。用式(15)，式(16)，式(18)进行理论数值计算，并在Multisim软件中搭建电路进行计算机仿真。理论计算与计算机仿真采用相同的参数，得到Au理论=62．305，Au仿真=58．003；Ri理论=601 Ω，Ri仿真=629 Ω；Aus理论=44．002，Aus仿真=41. 515。结果表明，放大电路各参数的理论计算与计算机仿真值均吻和较好，在源电压放大倍数的计算中引入分压器模型是有效可行的。

3 结语
    分压器是一种基本的电路模型，在模拟电路中应用广泛。静态工作点稳定放大电路的工作原理和Q点计算、深度负反馈条件下的闭环放大倍数估算属于分压器模型的直接应用；源电压放大倍数的计算属于分压器模型间接应用。本文对这三个典型应用作了分析与计算，并用Multisim软件进行计算机仿真实验。实验结果表明，电路各参数的理论计算与计算机仿真值均有较好的一致性。