什么是电路模型 为什么要建立电路模型 电路模型的表示方法及作用

在对实际电路的分析过程中,经常采用电路模型来表示器件或整个系统。因此, 如何用相对简单的模型来表征复杂的物理器件是在电子技术中要研究的问题。采用模型的主要优点是易于采用数学方法和熟知的电路定律来处理问题。晶体管和放大电路均是采用电路模型来研究的。

下面以电压放大电路为例,简单介绍电路模型在电路分析中的应用, 以使读者对于电路模型的运用有初步概念。

放大是最基本的模拟信号处理功能, 是通过放大电路实现的。大多数电子系统都应用了不同类型的放大电路。放大电路也是构成其他模拟电路, 如滤波、振荡、稳压等功能电路的基本单元电路。放大电路可用如图 1.6 所示电路表示。图中 Vs 为信号源电压, Rs 为信号源内阻, Vi 和Ii 分别为输入电压和输入电流, RL 为负载电阻, Vo 和 Io 分别为输出电压和输出电流。

放大电路在图中以方框表示,这一部分可能由较复杂的电路组成,但在实际应用中,一般采用双口网络作为其模型,用一些基本的元件来构成电路模型(元件参数值可以通过对电路和元器件在工作状态下的分析来确定,也可以通过对实际电路的测量而得到) ,用来等效实际放大电路的输入和输出特性,对于实际放大电路的内部结构则忽略不计。

图 1.7 虚线框内的电路是一般的电压放大电路模型,它由输入电阻 Ri、输出电阻 Ro 和受控电压源 Avo Vi 三个基本元件构成。其中 Vi 为输入电压, Avo为输出开路( RL = ∞)时的电压增益。受控电压源是一种非独立的电压信号源,其输出受 Vi 信号的控制。图中放大电路模型由电压信号源 Vs 供能, 可在负载 RL 两端得到所需的输出信号 Vo。

注意到电路模型图中的输入回路和输出回路之间有一根连线,作为电路输入与输出信号的共同端点或参考电位点,标以“⊥”符号,该参考点有利于电子电路的分析。

那么,什么样的电路适宜采用电压放大电路模型呢 ? 以下从输出负载与输入内阻两方面加以考虑。

由于 Ro 与 RL 的分压作用,使负载电阻 RL 上的电压信号 Vo 小于受控电压源的信号幅值,即

电压增益为

负载 RL 变化会影响增益 Av 的数值, RL 的减小使 Av 下降。因此,为了避免信号衰减,要求Ro n RL。理想电压放大电路的输出电阻 Ro = 0。

对于输入电路,由于信号源内阻 Rs 和放大电路输入电阻 Ri 的分压作用,使放大电路输入端的实际电压为

若要使 Rs 对信号的衰减作用减小,应设法提高电压放大电路的输入电阻 Ri , 使 Ri m Rs 成立。理想电压放大电路的输入电阻 Ri = ∞,此时 Vi = Vs。

由以上分析可知,电压放大电路适用于信号源内阻 Rs 较小且负载电阻 RL 较大的场合。

根据实际的输入信号和所需的输出信号的不同, 放大电路可分为 4 种类型,即电压放大、电流放大、互阻放大和互导放大。原则上,一个实际的放大电路可以取 4 种电路模型中任意一种作为它的电路模型。但是根据信号源的性质和负载要求,一般只有其中一种模型在电路设计或分析中概念最明确,运用最方便,需要设计者分析使用条件,从而正确运用。