“模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)、改進(jìn)與制作

秦冬成　姜玉亭　王土央

[摘要]模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是電子信息類專業(yè)極其重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。隨著時(shí)代的發(fā)展，其理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)為適應(yīng)時(shí)代也在不斷地改革發(fā)展。那么，如何跟上時(shí)代步伐，在理論教學(xué)實(shí)施改革的基礎(chǔ)上，開出適應(yīng)新時(shí)期、完美無缺的實(shí)驗(yàn)是我們教師的頭等大事。

[關(guān)鍵詞]模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)板；模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；模擬電子技術(shù)理論教學(xué)

1我校模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)概況

我校教學(xué)實(shí)踐部電路中心是國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，全面負(fù)責(zé)整個(gè)學(xué)校的電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、通信電子電路實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電路技術(shù)實(shí)驗(yàn)、微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)。同時(shí)。我校的《電子電路技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》也是是國家級(jí)精品課程，《電子電路技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)團(tuán)隊(duì)也是國家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)?！赌M電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》是電子信息類學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。對(duì)應(yīng)全校各院系的不同要求，要求開出《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)A實(shí)驗(yàn)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)B實(shí)驗(yàn)》，為做到資源共享，目前該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)由教學(xué)實(shí)踐部電路中心第一實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)。第一實(shí)驗(yàn)室面向全校各院系本科學(xué)生的不同要求，相應(yīng)開出《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)A實(shí)驗(yàn)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)B實(shí)驗(yàn)》及其相應(yīng)的開放實(shí)驗(yàn)。為配合國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、精品課程的建設(shè)要求，充分利用我部已有的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，緊跟現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展要求，提高學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)新的實(shí)踐能力，使學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間獲得最大的學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的全面提升、增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。對(duì)應(yīng)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)A實(shí)驗(yàn)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)B實(shí)驗(yàn)》課程開出：單級(jí)放大電路（一），單級(jí)放大電路（二），差動(dòng)放大電路，互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器，兩級(jí)負(fù)反饋放大器，集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用，整流濾波與穩(wěn)壓電源，集成電路、分離元件混合放大器的設(shè)計(jì)等項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)。對(duì)應(yīng)不同的課程及要求，選擇以上相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過以上實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的理論與實(shí)際水平得到提高，動(dòng)手能力也得到提高。

2不斷完善實(shí)驗(yàn)板、提高實(shí)驗(yàn)室的硬件、軟件配置

隨著時(shí)代的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備配置尤顯重要。目前我校電路中心實(shí)驗(yàn)室提供每人一套的配置，每套配置如下：模擬示波器（做模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)使用模擬示波器較好，因模擬示波器捕捉小信號(hào)能力較強(qiáng)且穩(wěn)定。當(dāng)然目前數(shù)字示波器捕捉小信號(hào)能力已大大改善，我們實(shí)驗(yàn)室也將馬上升級(jí)數(shù)字示波器）、DDS函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、高精度數(shù)字萬用表、交流毫伏表、直流穩(wěn)定電源、晶體管特性曲線測(cè)試儀、頻率特性測(cè)試儀、失真度測(cè)試儀、高精度L、C測(cè)試儀等儀器以及模擬電路實(shí)驗(yàn)箱、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)電路板、實(shí)驗(yàn)元器件等。其中晶體管特性曲線測(cè)試儀、頻率特性測(cè)試儀、失真度測(cè)試儀、高精度L、C測(cè)試儀5人共用一套?，F(xiàn)在開出的實(shí)驗(yàn)課大致有以下形式：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性以及綜合性實(shí)驗(yàn)。為了在有限的時(shí)間讓學(xué)生學(xué)到更多的知識(shí)，三極管單管放大電路、集成運(yùn)算放大電路、負(fù)反饋放大電路、互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路、整流濾波與穩(wěn)壓電源等目前以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的形式來完成：三極管單管放大電路增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，集成電路、分離元件混合放大器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)則以設(shè)計(jì)性及綜合性實(shí)驗(yàn)的形式來完成：教師提供參考電路，學(xué)生也可按要求自己設(shè)計(jì)電路，要求學(xué)生用電路軟件畫SCH圖、PCB板圖目，然后制作電路板、焊接、調(diào)試好、穩(wěn)定后予教師檢查驗(yàn)收，充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、知識(shí)應(yīng)用能力，使學(xué)生電路方面的能力得到全面提高。盡管是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。我們也對(duì)其也不斷完善，保證其時(shí)代的先進(jìn)性、實(shí)用性及完美性。在長期的實(shí)踐教學(xué)中。遇到過許多問題，通過大家商量、分析與改進(jìn)，各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)遇到的問題都陸續(xù)得到解決。以下則是一些必較嚴(yán)重的問題，其實(shí)這些問題在外校的參觀學(xué)習(xí)中也同樣遇到，我們加以了分析、改進(jìn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證再改進(jìn)，最終問題得到圓滿解決。

3由分立元件組成的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器實(shí)驗(yàn)板的改進(jìn)、設(shè)計(jì)與制作

3.1“互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器實(shí)驗(yàn)”原實(shí)驗(yàn)電路

“互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器實(shí)驗(yàn)”原實(shí)驗(yàn)電路圖如圖1所示，從電路圖看出，該電路為OTL電路，使用電容耦合輸出，單電源+12V供電，VTl為單三級(jí)管共發(fā)射級(jí)電壓放大電路，為該互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器電路提供足夠的增益，互補(bǔ)對(duì)稱輸出管、VT₂、VT₃為9013、9012，為小功率三級(jí)管，帶負(fù)載能力較差，接5.1K負(fù)載做實(shí)驗(yàn)，VT₂、VT₃還是經(jīng)常損壞。其實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，輸出功率、效率非常低，實(shí)測(cè)效率η≤7%，與理論書上的計(jì)算效率η約為78.5%，相差太大，叫學(xué)生莫衷一是，不知如何處理結(jié)果。所以，必須加以改進(jìn)，改進(jìn)之后，使電路能穩(wěn)定工作。使電路的效率接近78.5%，與理論書上的計(jì)算結(jié)果較接近，讓學(xué)生做正確的實(shí)驗(yàn)；實(shí)際上，該電路頻響也不好測(cè)試，測(cè)出結(jié)果也是叫人費(fèi)解。

3.2“互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器實(shí)驗(yàn)”改成的實(shí)驗(yàn)電路

經(jīng)思考、反復(fù)實(shí)驗(yàn)試制，改成如圖2所示穩(wěn)定、成熟的電路，電路同樣使用+12V單電源供電，將vT2、VT3改為TIP41C、TIP42C功率管，重新調(diào)整VT₁、VT₂、VT₃管的靜態(tài)工作點(diǎn)，使其工作點(diǎn)更理想，按如圖電路形式，9013能推動(dòng)TIP41C、TIP42C功率管；且因TIP41C、TIP42C其P_cm可達(dá)65W、I_cm可達(dá)10A，不易損壞，且該功率管外形不大，可以焊接在原位置，當(dāng)然，給TIP41C、TIP42C功率管裝上一小散熱片更好；TIP41C、TIP42C功率管可帶動(dòng)較重負(fù)載，其波形、各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果良好。具體制作時(shí)，將R₉調(diào)整為33n左右，使輸出波形有一點(diǎn)點(diǎn)交越失真，便于學(xué)生充分理解互補(bǔ)推挽輸出的概念。實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)整R_p，即調(diào)整M點(diǎn)的靜態(tài)工作點(diǎn)，使輸出點(diǎn)有最大的輸出電壓幅度：經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算，輸出功率、效率均得以提高，按以下公式計(jì)算：

4整流濾波與穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)、改進(jìn)與制作

4.1“整流濾波與穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)”原實(shí)驗(yàn)電路

“整流濾波與穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)”原實(shí)驗(yàn)電路圖如圖3所示Ⅲ，經(jīng)多年使用，該實(shí)驗(yàn)電路不太穩(wěn)定，學(xué)生在做該實(shí)驗(yàn)一系列的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，電路經(jīng)常自激，三端穩(wěn)壓LM317T也經(jīng)常損壞，須迫切改進(jìn)。圖3“整流濾波與穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)”原實(shí)驗(yàn)電路圖

4.2“整流濾波與穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)”改成的實(shí)驗(yàn)電路

5“集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用”模電實(shí)驗(yàn)板改進(jìn)

該實(shí)驗(yàn)電路板原設(shè)計(jì)有些小問題，實(shí)驗(yàn)時(shí)集成運(yùn)放uA741、LM741損壞較多。首先對(duì)正、負(fù)電源加上二極管電源接錯(cuò)自動(dòng)保護(hù)電路，如圖5所示；因?qū)嶒?yàn)時(shí)學(xué)生正、負(fù)電源接錯(cuò)的情況比較多，利用二極管的單向?qū)щ娦?，若正、?fù)電源接錯(cuò)，電源則自動(dòng)接不上。電路不工作；同時(shí)在集成電路的正、負(fù)電源處就近對(duì)地接0.1uF/63V的獨(dú)石電容并聯(lián)10uF/16V的電解電容。濾去干擾噪聲，消除電路自激；如果是多級(jí)級(jí)聯(lián)工作，級(jí)與級(jí)加L、C電源退藕電路，使電路更穩(wěn)定。當(dāng)然排版時(shí)，電源地與信號(hào)地分別走線，電源由后往前供電，兩地線在供電處匯集。按以上處理后，集成運(yùn)放uA741、LM741的損壞大大減少，電路的穩(wěn)定性也更好了。

6“負(fù)反饋放大器”模電實(shí)驗(yàn)板改進(jìn)

經(jīng)反復(fù)思考、實(shí)驗(yàn)試制，“負(fù)反饋放大器”模電實(shí)驗(yàn)板改成圖6，1所示的實(shí)驗(yàn)電路，該電路為兩級(jí)單管放大器的級(jí)聯(lián)，為一電壓串聯(lián)負(fù)反饋，R₁₆、C₃為該電路的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)；按負(fù)反饋放大電路方塊圖的分析方法，其基本放大器電路等效為如圖6.2所示，為了使學(xué)生正確理解基本放大器電路，其重復(fù)使用的元器件沒有改動(dòng)位號(hào)：在改制實(shí)驗(yàn)板時(shí)，要增加基本放大器電路所示的重復(fù)的元器件。做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，特別是做基本放大器電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，電路不穩(wěn)定、自激，是我們經(jīng)常遇到的問題。為使電路穩(wěn)定，不自激，首先把每級(jí)放大器的增益適當(dāng)降低，第一級(jí)加

R7負(fù)反饋電阻，第二級(jí)加上R₁₄負(fù)反饋電阻，級(jí)與級(jí)增加如圖6.1所示的L₁、C₁₀、C₁₁電源去藕電路。消除兩級(jí)放大器之間的共電耦合。按以上要求改好、制作好的電路板，學(xué)生在做“負(fù)反饋放大器實(shí)驗(yàn)”的一系列實(shí)驗(yàn)時(shí)，電路都很穩(wěn)定，學(xué)生都能很順利地做完實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。他們實(shí)驗(yàn)結(jié)果：基本放大器、負(fù)反饋放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻都得到正確驗(yàn)證。滿足各自的驗(yàn)證公式，當(dāng)然也驗(yàn)證了基本放大器的正確性。改制成功。

7結(jié)束語

以上是我們?cè)谏夏M電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課過程中遇到各種的問題，經(jīng)理論分析，改進(jìn)、然后反復(fù)實(shí)驗(yàn)給予了解決，這些改革與改進(jìn)取得了較好的教學(xué)效果，同時(shí)也取得較好的效益。匯編成以上，與大家共饗，也歡迎大家提出寶貴意見。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]