对交流通路中理想直流电压源相当于交流短路问题的一种阐述方法
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第 2 5卷第 4期 2 0 0 6年 4月 大学物理 C OL LEGE P HYS I CS Vo 1 2 5 NO 4 Apr 20 06 对交流通路 中理想直流 电压源相当于 交流短路 问题的一种阐述方法 夏顺保,贾艳 华,孟庆斌(I 南开大学 物理科学学 院,天津3 0 0 0 7 1;2 南开大学 滨海学 院,天津3 0 0 2 7 0)摘要:通过对微变等效 电路的分析,对交 流通路中理 想直流 电压 源相 当于交流短 路的 问题,用 比较容 易理解 的方法进 行 了 阐述 关键词:微变等效 电路;交流通路;放大电路 中图分类号:T N 7 1 0 文献标识码:B 文章编号:1 0 0 0 0 7 1 2(2 0 0 6)0 4 0 0 4 2 0 3 在电子线路模拟电路中,对电压放大电路(即放 大器)通常有两种分析方法:1)图解法 即在放大三 极管(晶体管)的输入和输 出特性 曲线 上,直接用作 图的方法求解放大电路的工作情况;2)微变等效 电 路法,即放大器的微变等效电路分析法 后一方法 的 实质就是在一个 比较小的变化范围内,近似认为双 极型三极管和场效应管 的特性曲线是线性 的,由此 导出放大器件 的等效 电路 以及相应 的微 变等效参 数,从而将非线性的问题 转化为线性问题 于是,就 可以利用电路原理 中适用于线性电路 的各种定律、定理等来对放大 电路进行求解 用此方法确定放 大器的动态指标,如电压放大倍数 A、,。放大器输入 电阻 Ri,输出电阻 R 等 微变等效电路具体做法如 下:先画出晶体管的 h参数等效 电路;画出晶 体管的外部交流通路 这时,常常会涉 及直流通路、交流通路以及微变等效 电路等概念,出现了直流 电 压源在交流通路 中应该短路 的说法 J 直流通路是 在直流电源作用下直流 电流流经的通路,交流通路 是在输入信号作用下交流信号流经的通路 放大 电路 中的电抗元件对直流信号和交流信号呈现的阻 抗足不同的 例如,电容对 直流信号 的阻抗 为无穷 大,故不允许直流信号通过(直流通路电容应断开);但对交流信号,电容容抗 的大小 为 l o J C,当电容值 足够大,交流信号在电容上的压降可以忽略时,在交 流通路 中电容可视为短路 电感对直流信号 的阻抗 为零,相 当于短 路;而对交 流信号,感抗 的 大小 为 L 这些内容学生 比较容易理解,但对于理想直 流电压源在交流通路 中相当于短路的说法则感到难 以理解 本文针对教学 中的这一问题 进行 了分析和 研讨,采用一种 比较简单的画图叙述方法讲解,取得 了较好的教学效果 1 举例 设有一个正弦交流信号,其峰值为 1 V,表达式 为 Y=A s i n(c o t+),其中 A =1 V 其波形如图 1 所示 此正弦信号与一直流 电压源(设 电压为 3 V)串联,根据叠加原理可知,波形将如图 2所示 1 墨O 1 入八 V V 图 1 未加直流 电源前 的正 弦交流信号波形 4 墨3 2 O 、V V S 图 2 加上直 流电源的正弦交流信 号波形 由图可见,交流正弦信号与直流 电源 串联的结 果是:各点的电位只产生一个直流平移 3 v(即:0 3 V,1 4 V,一1 2 V),而波形形状和幅度并没有 发生变化,其变化量与未加直流电源前完全一样,即 峰值仍为 1 V,峰峰值仍为 2 V。交流信号毫无损失,即直流电压源对变化的信 号(如:频率、幅度和形状 收稿 日期:2(1 0 5 0 9 2 9 作者简介:顺保(1 9 4 6),男,河北臣鹿人,南开大学物理科学学 院副教 授,主要从 事电子线路 和物理 实验教 学与研究工作 维普资讯 http:/ 第 4期 夏顺保等:对交流通路中理想直流电压源相当于交流短路问题的一种阐述方法 4 3 等)没有影响 这样,我们就可以认为直流电压源(内 阻为零)对交流信号相当于短路 通过这种方式举例 讲解,学生就很容易理解理想直流 电压源在交流通 路 中相 当于短路这一结论,2 实验验证 实验仪器有:示波器(D C挡),信 号源,直流稳 压电源 调节示波器 Y轴灵敏度 为】V d i v,实验 电 路 如 图 3所 示 一 Y 三 一 波)器 J 图 3 实 验 电路 实验时,我们在示波器上很容易看到如图 1、图 2所 示的波形,即无直流 电压 源时,波形如 图 1所 示;串上直流电压源时,波形如图 2所示 这样,就很 容易地 验证 了直 流 电压 源对 交 流短 路 的 结论反 复 调节交流信号源 的幅度、频率和波形,以及改变(a)共发射极放大电路(a)共集 电极放 大电路 图 4 图 5 赢流电压源的电压,都能得到同样的结果(即直流电 压源对交流短路)下 面举 例 简 单介 绍 几个 电路,着 重 说 明 直流 电 压源在交流通路中相当于短路 的问题 图 4(a)为共发射极 管放大器的电路,V。卡 I J、分别为基极回路和集电极回路的直流电源,罔 4 (b)为该放大电路 的 h参数等效电路 虚线框中的 部分为晶体管 h参数等效 电路 J 由图 4(b)中的电 路可以看 出,在交 流通路 中图 4(a)中的直流 电源 和 V 都被短路了 图 5(a)为 共 集 电 极 放 大 电路(即射 极 输 出器)的电路图,图 5(b)为共集 电极放 大电路 的交流通 路 从图 5(b)中可 以看 出,直流电压源 V 被 交 流短路,集电极 C 交流接地了,电容 C也视为短路 图6(a)为两级直接耦合共发射极放大电路,图 6(b)为其微变等效 电路 从图 6中我们可以看出,图 6(a)中的直流 电压源 V 在 6(b)所示 的交流 通路 中被短路 稳压管 D 的两端 电压恒定,也被 交 流短路,只保 留其动态内阻 r (b)共发射极放大电路的 h参数等效电路(b)共集 电极放 大电路的变流通路 维普资讯 http:/ 4 4 大学物理 第 2 5卷 参考文献:1 (a)两级 直接耦合放大电路+V c c 。+杨素行 模拟电子技术基础简明教程 M 第 2版,北 京:高等教育出版社。1 9 9 8 7 0 1 0 8+梁明理,邓仁清 电子线路 M 第 4版 北京:高等教 图 6 【b)微 变等效 电路 育出版社,2 0 0 1 8 0 1 2 2 3 童诗白,华成英 模拟电子技术基础 M 第 3版 北 京:高等教育出版社,2 0 0 1 8 2 1 0 9 4 康华光 电子技术基础(模拟部分)M 第 4版 北京:高等教育 出版社,1 9 9 9 1 0 7 An e x p e r i e n c e i n t e a c h i n g v o l t a g e a mp l i f i c a t i o n c i r c u i t XI A S h u n b a o。,J I A Ya n h u a ,MENG Qi n g b i n (1 D e p a r t me n t o f P h y s i c s,N a n k a i Un i v e r s i t y,Ti a n j i n 3 0 0 0 7 1,C h i n a;2 B i n h a i C o l l e g e,Na n k a i Un i v e r s i t y,T i a n j i n 3 0 0 2 7 0,C h i n a)Ab s t r a c t:I n ACc i r c u i t。c ui t Ac c o r d i n g t o t h e a na l y s i s o n a c c e p t e d e a s i l y by s t u d e n t s t h e c o n c l u s i o n t h a t i d e a l DCv o l t a g e s o u r c e c o r r e s p o n d s t o ACs h o t c i r e q u i v a l e n t c i r c u i t,a n d c o n b i n i n g t h e e x p e r i e n c e i n t e a c h i n g,t h i s c o n c l u s i o n i s Ke y w o r d s:e q u i v a l e n t c i r c u i t;a mp l i f i c a t i o n c i r c u i t (上接 4 l页)t e r mi n a t i o n o f t h e s p e c i f i c h e a t c a p a c i t y o f wa t e r u s i n g a c o n s t a n t f l o w c a l o r i me t e r LI U Chu a n a n ,LUO Xi a o f e n g (1 C o l l e g e o f S c i e n c e,Y i c h u n Un i v e r s i t y,Yi c h u n,J i a n g x i 3 3 6 0 0 0,C h i n a;2 C o l l e g e o f Me d i c a l,Yi c h u n Un i v e r s i t y,Y i c h u n,J i a n g x i 3 3 6 0 0 0,C h i n a)Ab s t r a c t:A n e w me t h o d wh i c h me a s u r e s s p e c i f i c h e a t o f wa t e r wi t h a c o n s t a n t f l o w c a l o r i me t e r i S r e p o r t e d W h e n t h e s t e a d y s t a t e i s e s t a b l i s h e d t h e a mo u n t o f h e a t g e n e r a t e d b y t h e c u r r e n t i n t h e wi r e e q u a l s t h a t r e c e i v e d b y t h e p a s s i n g wa t e r a n d l o s t t o t h e s u r r o u n d i n g s Two s e p a r a t e e x p e r i me n t s e l i mi n a t e d t h e u n k n o wn f a c t o r o f t h e h e a t l o s t t o t h e s u r r o u n d i n g s Th e a c c u r a c y o f t h e e x p e r i me n t r e s u l t i s r i s i n g u p n o t a b l y Ke y w o r d s:s p e c i f i c h e a t c a p a c i t y;c o n s t a n t f l o w c a l o r i me t e r;c o n s t a n t h e a d o f wa t e r a p p a r a t u s;h e a t;t h e t h e r mo c o u p l e 维普资讯 http:/
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