靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

張國(guó)禮， 張延曹

(空軍工程大學(xué) 防空反導(dǎo)學(xué)院， 陜西 西安 710051)

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靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

張國(guó)禮， 張延曹

(空軍工程大學(xué) 防空反導(dǎo)學(xué)院， 陜西 西安 710051)

摘要：靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定是“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，不易理解與掌握。本文采用了問題鏈教學(xué)方法。通過將授課重點(diǎn)放在理清知識(shí)脈絡(luò)上，層層解開學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的疑慮，進(jìn)而達(dá)到使其掌握該知識(shí)點(diǎn)的目的。同時(shí)，在教授知識(shí)過程中逐步培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。實(shí)踐表明，該方法使教學(xué)效果明顯改善。

關(guān)鍵詞：教學(xué)設(shè)計(jì)；問題鏈；Q點(diǎn)穩(wěn)定

0引言

“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程是電類專業(yè)的核心課程，它研究的主要內(nèi)容是放大電路，而靜態(tài)工作點(diǎn)(Q點(diǎn))的穩(wěn)定是關(guān)系到放大電路能否不失真放大的關(guān)鍵因素，因此是教學(xué)的重點(diǎn)；又因?yàn)樵S多學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)感到吃力，所以也是教學(xué)的難點(diǎn)。教學(xué)實(shí)踐表明，把教材內(nèi)容適當(dāng)編排，采用問題鏈?zhǔn)浇虒W(xué)方法，也就是利用三個(gè)遞進(jìn)式的問題并結(jié)合實(shí)物演示，引導(dǎo)學(xué)生從淺到深、從易到難、從知道為什么學(xué)到學(xué)會(huì)怎么學(xué)，逐步理解并吃透教學(xué)內(nèi)容，這個(gè)方法有利于學(xué)生理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力的提高，能為后續(xù)“脈沖與數(shù)字電路”、“通信電子線路”等課程的學(xué)習(xí)乃至日后任職需要打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1-3]。

1影響Q點(diǎn)穩(wěn)定的因素

在學(xué)習(xí)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定教學(xué)內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了共射基本放大電路，以及小信號(hào)放大電路的靜、動(dòng)態(tài)分析等知識(shí)。因此，若這次課把教學(xué)重點(diǎn)放在對(duì)分壓偏置放大電路的靜、動(dòng)態(tài)分析上，就顯得重復(fù)且枯燥，所以，把授課定位在幫助學(xué)生理清知識(shí)脈絡(luò)上，這樣就有利于其對(duì)知識(shí)的理解和掌握，并能培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

要想搞清楚靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問題，首先需要知道Q點(diǎn)為什么不穩(wěn)定，也就是問題鏈的第一個(gè)問題，找到影響Q點(diǎn)穩(wěn)定的主要因素，以及它是怎樣使得Q點(diǎn)不穩(wěn)定的。

1.1發(fā)現(xiàn)問題

在學(xué)生已經(jīng)建立起靜態(tài)工作點(diǎn)的選取要合適這個(gè)基本概念之后，再通過復(fù)習(xí)回顧放大器產(chǎn)生兩種非線性失真的主要原因，引導(dǎo)其發(fā)現(xiàn)放大器Q點(diǎn)的設(shè)置僅合適還不行，還需要穩(wěn)定這樣一個(gè)問題，否則既便起先Q點(diǎn)合適，也有可能因種種變化而變?yōu)椴缓线m，從而引出所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

1.2分析問題

讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，分析得出電源電壓的波動(dòng)、元件參數(shù)的分散性及元件的老化、環(huán)境溫度變化等因素都會(huì)影響Q點(diǎn)的穩(wěn)定。其中尤以環(huán)境溫度變化對(duì)Q點(diǎn)穩(wěn)定的影響最大。

三極管參數(shù)與溫度之間的關(guān)系如下：

ICBO=ICBO(T0=25°C)·ek(T-T0)

(1)

UBE=UBB(T0=25°C)-(T-T0)×2.2×103

(2)

根據(jù)三極管直流電流放大系數(shù)的定義：

IC≈βIB+(1+β)ICBO

(3)

可見，溫度升高使得三極管集電極電流增加，進(jìn)而使得Q點(diǎn)上移；相反Q點(diǎn)下移。

1.3解決問題

要解決溫度對(duì)Q點(diǎn)穩(wěn)定的影響這個(gè)問題，對(duì)于通常的放大器采用恒溫裝置不現(xiàn)實(shí)。故需另辟蹊徑。由上述結(jié)論可知，要穩(wěn)定Q點(diǎn)，可以通過中間變量IC來實(shí)現(xiàn)，也就是說當(dāng)溫度變化時(shí)，只要穩(wěn)定IC就可以穩(wěn)定Q點(diǎn)。因此，穩(wěn)定Q點(diǎn)的問題轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定IC的問題上。

前面學(xué)過的共射基本放大電路，經(jīng)分析，不能穩(wěn)定Q點(diǎn)，因此需要尋找其它電路形式。至此，教師可直接給出分壓偏置放大電路的電路圖；然后，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)它的直流通路進(jìn)行詳細(xì)分析；最后，找到分壓偏置放大電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原因，也就是問題鏈的第二個(gè)問題。

2分壓偏置放大電路

2.1定性分析

采用與共射基本放大電路相同的研究問題的方法，對(duì)其直流通路進(jìn)行分析，如圖1所示是分壓偏置放大電路的直流通路。

假設(shè)：I2?IB

(4)

圖1　直流通路

由公式可以看出，VB與溫度無關(guān)，且當(dāng)電路確定后，其為定值，所以：

由此可得，溫度變化時(shí)，分壓偏置的作用使IC基本不變，Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。

2.2定量分析

作為定量分析，需要得到IC的計(jì)算公式，再通過公式判斷IC與溫度無關(guān)。

假設(shè)：VB?UBE

則：IC≈VB/RE

(5)

從式(5)可以看出，只要滿足假設(shè)條件，那么IC的取值只與VB、RE有關(guān)。事實(shí)上，由于RE的負(fù)反饋?zhàn)饔?，假設(shè)條件通常都是滿足的，因此，IC的取值與溫度無關(guān)。由此可得，溫度變化時(shí)，IC基本不變，從而使得Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。

2.3實(shí)物演示

用共射基本放大電路和分壓偏置放大電路對(duì)同一個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，然后用示波器的兩個(gè)通道分別觀察放大后的波形，再改變環(huán)境溫度進(jìn)行對(duì)比演示。

傳統(tǒng)高校的思想政治教育工作，在互聯(lián)網(wǎng)信息的沖擊下逐漸暴露出一些問題。針對(duì)這一問題，學(xué)?？蛇\(yùn)用大數(shù)據(jù)思維通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的處理，開展更為有效的思想政治教育。首先，針對(duì)課堂內(nèi)容不豐富的問題，學(xué)?？赏ㄟ^分析將互聯(lián)網(wǎng)中的熱點(diǎn)話題提煉出來，再組織學(xué)生對(duì)其進(jìn)行討論，在討論的過程中，教師應(yīng)當(dāng)把握住教學(xué)中的核心價(jià)值，對(duì)學(xué)生做出積極地引導(dǎo)，這樣的過程可有效豐富教學(xué)內(nèi)容，并將教學(xué)理論與學(xué)生的實(shí)際生活聯(lián)系起來；其次，針對(duì)教學(xué)手段單一的問題，教師可轉(zhuǎn)換教學(xué)主體，根據(jù)學(xué)生的心理需要，舉辦意識(shí)形態(tài)研討會(huì)，通過這樣的過程讓學(xué)生更加關(guān)注主流意識(shí)形態(tài)的核心價(jià)值，同時(shí)通過學(xué)生的主動(dòng)參與，使得教學(xué)過程更加具有吸引力。

給兩個(gè)放大電路設(shè)置合適的Q點(diǎn)，并調(diào)節(jié)輸入信號(hào)，使得放大后的信號(hào)基本不失真，也就是說Q點(diǎn)上移或下移都會(huì)使得放大后的信號(hào)出現(xiàn)飽和或截至失真。

演示過程中，同時(shí)升高兩個(gè)電路的環(huán)境溫度，發(fā)現(xiàn)分壓偏置放大電路放大后的信號(hào)基本沒有變化(如圖2下半部分圖形所示)；共射基本放大電路放大后的信號(hào)出現(xiàn)飽和失真(如圖2上半部分圖形所示)。驗(yàn)證了前面的理論分析。

3動(dòng)態(tài)指標(biāo)

小信號(hào)放大電路的核心作用是放大，若分壓偏

圖2　實(shí)物演示波形圖

置放大電路只能夠穩(wěn)定Q點(diǎn)，而不能實(shí)現(xiàn)放大功能，則沒有任何實(shí)際意義。教學(xué)中，首先分析射極電阻無旁路電容時(shí)分壓偏置放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，并與共射基本放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比；然后分析有旁路電容時(shí)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)；最后引伸到射極電阻可變的情況，并與實(shí)際電路結(jié)合起來，從而解決問題鏈的第三個(gè)問題。

3.1無旁路電容

射極電阻無旁路電容時(shí)，利用已學(xué)知識(shí)，比較容易得到分壓偏置放大電路的微變等效交流通路，如圖3所示。

圖3　無旁路電容時(shí)微變等效電路

因主要關(guān)心電路的放大能力，所以只對(duì)電壓放大倍數(shù)Au進(jìn)行分析。

由圖可得：

(6)

與共射基本放大電路的電壓放大倍數(shù)相比， 該

電路的電壓放大倍數(shù)要小得多。

3.2有旁路電容

如圖4所示，是分壓偏置放大電路的射極電阻有旁路電容時(shí)的微變等效交流通路，由圖可得：

(7)

與共射基本放大電路的電壓放大倍數(shù)相同，且遠(yuǎn)大于1，電路具有放大功能。

圖4　有旁路電容時(shí)微變等效電路

最后，還可以將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行引伸，讓學(xué)生課后自己去分析旁路電容只旁路部分射極電阻時(shí)，電壓放大倍數(shù)又是什么情況。

4結(jié)語

本次課堂教學(xué)若僅按照教材的內(nèi)容實(shí)施，有可能達(dá)到教學(xué)要求，但學(xué)生需要付出較多的課余時(shí)間，效率低，課堂教學(xué)效果不明顯。而按照本文的教學(xué)設(shè)計(jì)，抓住教學(xué)內(nèi)容的脈絡(luò)，也就是問題鏈中的三個(gè)問題，從發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題，到再發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題這樣的教學(xué)思路，便于學(xué)生理解和掌握，課堂教學(xué)效果明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版)[M].北京:高等教育 出版社,2007:133-140

[2]秦曾煌.電工學(xué)(第七版)[M].北京:高等教育出版社,2009:51-55

[3]趙玉玲.“問題鏈”教學(xué)法的探索與實(shí)踐[J]. 濟(jì)南:現(xiàn)代教育,2012,(Z1):88-89

The Teaching Design and Practice of Quiescent Point Stability

ZHANG Guo-li, ZHANG Yan-cao

(SchoolofAirDefenseandAntimissrle,AirForceEngineeringUniversity,Xi'an710051,China)

Abstract:In the teaching of Electronic Technology Fundamental course, the quiescent point stability is an important problem, which is hard to understand for students. This paper adopts the method of problem chain. By focusing on the skeleton of knowledge, we break up their doubts step by step, so as to make the knowledge easier to master. Besides, we improve their abilities of discovering, analyzing and solving the problem during teaching process. The practices indicate that the effect of classroom teaching is improved obviously.

Keywords:teaching design; problem chain; quiescent point stability

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0686(2016)01-0102-03

中圖分類號(hào):TN710

收稿日期:2015-05-13;修回日期:2015-10- 13

第一作者：張國(guó)禮(1979-)，男，碩士，講師，主要從事電子技術(shù)基礎(chǔ)理論教學(xué)、集成電路故障診斷研究工作，E-mail：80867907@qq.com