新型模擬電子技術(shù)實驗裝置的研制

嚴世勝，鐘承堯，王列峰

（海南師范大學 物 理與電子工程學院，海南 海 口 571158）

新型模擬電子技術(shù)實驗裝置的研制

嚴世勝，鐘承堯，王列峰

（海南師范大學 物 理與電子工程學院，海南 海 口 571158）

為了滿足模擬電子技術(shù)實驗教學的需要，對現(xiàn)有的模擬電路實驗箱在設(shè)計中存在的缺陷和一些知名廠家產(chǎn)品進行分析，從耐用性、產(chǎn)品成本和使用效果角度上考慮，研制出模擬電子技術(shù)實驗裝置.該裝置將示波器、信號發(fā)生器、毫伏表、直流穩(wěn)壓電源和各實驗電路模塊集于一體，只需配備萬用表即可完成所有的實驗項目.實踐表明，該裝置符合教學大綱的要求，性能穩(wěn)定、檢修方便，大大減輕了實驗設(shè)備管理人員的工作量，達到了設(shè)計要求.

模擬；實驗裝置；方案；研制

模擬電子技術(shù)課程是電子類、信息類等專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是培養(yǎng)高級技術(shù)應(yīng)用型人才硬件能力的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，其工程性和實踐性都很強.原有的實驗箱在設(shè)計上存在缺陷，如晶體管共射放大電路、多級放大與負反饋放大電路等，造成有些實驗項目無法開出或?qū)嶒炐Ч?而且常常出現(xiàn)學生做實驗過程中接錯線，容易燒壞實驗箱的現(xiàn)象，增加了維修的工作量.現(xiàn)市場上出售的模擬電子技術(shù)實驗裝置或?qū)嶒炁_,雖是運用了先進技術(shù)，但是價格昂貴，且改裝、升級不方便.隨著實驗教學內(nèi)容的不斷改進、變化，實驗箱的整體使用效率明顯降低[1-2].現(xiàn)存的實驗設(shè)備已不能滿足實驗教學的需要.

為了強化學生對模擬電子技術(shù)實驗的實際操作能力，提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決實際問題的水平[3].本課題組充分利用實驗室現(xiàn)有條件和多年從事模擬電子技術(shù)實驗教學的經(jīng)驗，經(jīng)過兩年的鉆研，研制出了一種新型模擬電子技術(shù)實驗裝置.該實驗裝置既能滿足模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗的需要，又可以作為綜合設(shè)計型實驗教學的實驗平臺.

1 實驗裝置總體方案設(shè)計

1.1 實驗裝置系統(tǒng)組成

實驗裝置主要由數(shù)字存儲示波器（泰克公司，TDS1002B型）、交流電壓毫伏表（深圳美創(chuàng)儀器儀表公司，MT-172D型）、函數(shù)信號發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、直流信號源和實驗模塊電路等結(jié)構(gòu)框圖[4]見圖1.

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖Fig.1General structure diagram of the system

1）電源部分.在實驗裝置中，電源是必不可少的部分，電源電路質(zhì)量的優(yōu)劣和性能的可靠性直接決定著整個實驗裝置的質(zhì)量.該部分電路包括直流穩(wěn)壓電源和直流信號源，直流穩(wěn)壓電源有2路輸出，一路輸出0～±15V連續(xù)可調(diào)電壓，另一路輸出固定±12V的電壓，輸出電流約1.5A左右，并具有2路數(shù)顯電壓功能.數(shù)顯電壓表測量范圍為0～±20V，可以內(nèi)測量直流電壓輸出和外測直流電壓.直流信號源輸出－6V～＋6V連續(xù)可調(diào)的直流信號[5].

2）正弦波信號發(fā)生器.信號發(fā)生器是模擬電子技術(shù)實驗的基本設(shè)備之一，目前廣泛使用的是一些標準產(chǎn)品，雖然功能齊全、性能指標較高，但是價格較貴，而且許多功能在實驗過程中卻用不上.為了降低成本，信號發(fā)生器的核心元件是選用Maxim公司的MAX038單片集成電路函數(shù)發(fā)生器進行研制.正弦波信號發(fā)生器主要由信號產(chǎn)生級、電壓放大級和電源三部分組成[6].具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小，可以滿足模擬電子技術(shù)實驗的要求.輸出頻率范圍為10Hz～500kHz，電壓范圍為0～12Vp-p.

3）儀器儀表測量部分.示波器是模擬電子技術(shù)實驗必備的儀器，它可以將被測信號隨時間變化的規(guī)律，直觀形象的用圖形表示出來.該示波器的帶寬為60MHz，具有高級觸發(fā)功能，觸發(fā)頻率讀出，USB接口，具有不同波形選擇的自動設(shè)置功能等.

4）實驗電路模塊部分.實驗電路模塊方案設(shè)計圖見圖2.正面印有各實驗電路原理圖，所有元器件全部安裝在實驗電路模塊的正面，便于增強學生的感性認識.反面為PCB電路，元器件與電路在反面通過焊接連接.實驗操作采用導線在實驗板正面插接連線即可完成所有的實驗項目[7-9].

1.2 設(shè)計特點

1）配套性強.實驗裝置配備了數(shù)字存儲示波器、數(shù)字交流毫伏表、直流穩(wěn)壓電源、直流信號源、正弦波信號發(fā)生器和3位半直流數(shù)顯電壓表等.只要另外配置1～2個萬用表即可完成所有實驗項目.

2）可靠性高.實驗插孔座的固定由螺絲擰緊式改為焊接式，克服了實驗插孔座松動的現(xiàn)象.同時，實驗區(qū)插針座采用鍍金中型孔，不氧化，美觀漂亮，實用性強.

3）直觀性強.面板示意圖線分明，布置合理，插接方便，有利于學生獨立操作實驗，提高實際動手能力.

1.3 技術(shù)指標

1）輸入電源：單相三線220V±10%；

2）電壓輸出：直流0～±15V連續(xù)可調(diào)；直流固定±12V；交流為12、13、14、15V；

3）函數(shù)信號源：頻率范圍為10Hz～500kHz；幅值為0～12Vp-p；

4）直流信號源：雙路-6V～+6V；

在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”教學模式中，課前需要給學生提供課程視頻等學習資源，這對于自學能力強的學生來說，確實是有幫助的。但由于視頻等學習資料與學生互動性較差，很多自學能力差的學生幾乎是為了完成任務(wù)去播放視頻，而并非去學習視頻里的內(nèi)容。因此本文所開發(fā)的游戲自學軟件，通過游戲中豐富的互動操作，可以解決那部分不喜歡傳統(tǒng)學習資料的學生在學習上的自學問題。同時在課中，本文以任務(wù)驅(qū)動和過關(guān)模式相結(jié)合的理念所開發(fā)的游戲助學軟件，也可以運用到課堂上。教師可以開放給學生完成任務(wù)和過關(guān)操作，可以檢驗學生的學習情況。

5）工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃，相對濕度≤85%（25℃）；

6）裝置容量：＜200VA.

2 本裝置所能完成的主要實驗項目

實驗裝置將實驗電路模塊集中到實驗臺上，方便實驗教學和管理.實驗電路模塊擴展和升級十分方便，只要增加相應(yīng)的實驗電路模塊即可.目前可以開設(shè)的實驗項目有：

1）電子儀器使用及晶體管測試；

2）晶體管共射放大電路；

3）射極輸出器的研究；

4）多級放大與負反饋的研究；

5）場效應(yīng)晶體管放大電路；

6）差動放大電路；

7）集成運算放大器的基本應(yīng)用電路（反相比例運算電路、反相加法運算電路、同相比例運算電路、電壓跟隨器、減法運算電路）；

8）基本運算電路—積分和微分電路；

9）有源濾波電路（二價壓控電壓源低通濾波器、二價壓控電壓源高通濾波器）；

10）RC正弦波振蕩電路；

圖2 實驗裝置部分模塊圖Fig.2Diagram of part modules of experimental device

11）方波三角波發(fā)生電路；

12）直流穩(wěn)壓電源-串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源；

13）直流集成壓電源——集成穩(wěn)壓器；

14）OTL功率放大器電路.

3 結(jié)語

該模擬電子技術(shù)實驗裝置的研制成功，既增添了實驗設(shè)備，節(jié)省了資金的投入，又解決了模擬電子技術(shù)實驗分組多分組難的問題.還可以很好地為硬件的維護和實驗內(nèi)容的擴展提供良好的條件，提高了研制人員的綜合業(yè)務(wù)水平.

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[2]蘇磊.分立式電工實驗裝置的開發(fā)與應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程,2011,19(9):138-140.

[3]張清,朱雷平,崔厚梅.多功能電路實驗箱的研制[J].徐州工程學院學報,2006,21(12):70-72.

[4]許雪瑩.模擬電子技術(shù)教學實驗裝置的研制[J].實驗技術(shù)與管理,2000,17(3):50-51.

[5]周凱汀,鄭力新.一種簡單優(yōu)質(zhì)的雙端可調(diào)功率直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與分析[J].電子與自動化,1999(1):22-24.

[6]張權(quán),姚駿,李斌.一種基于MAX038的寬頻程控波形發(fā)生器的設(shè)計[J].測控技術(shù),2004,23(7):13-15.

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[8]王友仁,李東新,姚睿.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程[M].北京:科學出版社,2011:80-285.

[9]陳相,呂念玲.模擬電子技術(shù)實驗[M].廣州:華南理工大學出版社,2000:1-63.

責任編輯：黃 瀾

Research and Development of New Analog Electronics Technology Experimental Device

YAN Shisheng，ZHONG Chengyao，WANG Liefeng
（College of Physical and Electrical Engineering，Hainan Normal University，Hhaikou 571158，China）

In order to meet the demand of analog electronics technolgy experimental teaching in our school,analysis of the flaws in the design of current analog electronics technolgy experimental box and the products from some famous man?ufacturers is made.A set of analog electronics technolgy experimental device has been researched and developed by con?sidering from the perspectives of durability,product cost and performance of device.This device integrates oscilloscope,signal generator,millivolt meter,DC stabilized power supply and module of each experiment circuit.All experiments can be accomplished as long as a multimeter is provided.The practice has indicated that this device meets the requirements of teaching program,has stable performance and is convenient for maintenance which has greatly reduce the work load of the experimental management personnel.This device meets the design requirements.

analog；experimental device；program；research and develop

TN 70

A

1674-4942（2012）03-0283-03

2012-07-03