模擬電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)之反思

劉麗麗

[摘 要]實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校教學(xué)的重要組成部分，是對(duì)課程所學(xué)理論知識(shí)的直觀認(rèn)識(shí)。課題組就我校模擬電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中和理論課的銜接問(wèn)題、現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)和學(xué)生因素進(jìn)行了討論，同時(shí)就實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的幾個(gè)存疑存難問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論，并給出了一定的解決方案，對(duì)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量具有重要的意義。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)教學(xué);模擬電路;負(fù)反饋放大電路;反饋網(wǎng)絡(luò)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2019）06-0097-03

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)初衷就是將理論知識(shí)和實(shí)踐活動(dòng)、間接經(jīng)驗(yàn)和直接經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生在實(shí)操驗(yàn)證中深化對(duì)文本，對(duì)理論知識(shí)的把握。隨著素質(zhì)教育改革的深入，實(shí)驗(yàn)教學(xué)備受關(guān)注，直接關(guān)系到學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

模擬電子線路是當(dāng)前各大高校電子、信息技術(shù)、控制工程等專業(yè)的核心課程，也是較為基礎(chǔ)的入門學(xué)習(xí)課程，而模擬電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)具有促進(jìn)作用，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和從事電子信息類相關(guān)工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。此課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，因此在教學(xué)過(guò)程中必須堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的必要性，也能在實(shí)驗(yàn)實(shí)操中深化對(duì)理論的認(rèn)知，提升自己的動(dòng)手能力和實(shí)操技能，不斷拓展研究視野和思路。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，也實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的啟迪，讓學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐，更好地分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，理論的學(xué)習(xí)在實(shí)驗(yàn)實(shí)操中加以驗(yàn)證與鞏固。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

（一） 實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課堂理論教學(xué)不能有機(jī)銜接

由于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地有限、實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量不足、時(shí)間安排不及時(shí)等各方面原因，理論課之后的對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)經(jīng)常不能立即進(jìn)行，使得學(xué)生沒有理解的抽象理論知識(shí)點(diǎn)不能及時(shí)地經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)操作來(lái)加深理解，疑惑愈積累愈多，容易導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的喪失。以我院為例，全年級(jí)5～7個(gè)教學(xué)班用同一個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，理論上來(lái)說(shuō)是可以滿足時(shí)間要求的，但是受整體的理論課排課時(shí)間約束，所有教學(xué)班的空余時(shí)間基本一致，使得實(shí)驗(yàn)課時(shí)間被限制，無(wú)法滿足及時(shí)進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)的需求。

（二）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中高度依賴實(shí)驗(yàn)箱

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，高校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也不斷更新，設(shè)計(jì)出很多模塊化、集成化的綜合實(shí)驗(yàn)箱或者實(shí)驗(yàn)臺(tái)，讓學(xué)生操作更方便。我校的模擬電子線路實(shí)驗(yàn)就是采用綜合性實(shí)驗(yàn)臺(tái)，集成度很高，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只需按照實(shí)驗(yàn)要求選擇實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的電路模塊和測(cè)試儀器即可。學(xué)生自己連線搭建電路步驟較少，課堂實(shí)驗(yàn)多集中于教師指導(dǎo)要求下的電路調(diào)試與參數(shù)測(cè)定，學(xué)生也錯(cuò)誤地將模擬電子線路實(shí)驗(yàn)等同于教師動(dòng)作的重復(fù)。學(xué)生沒有經(jīng)歷過(guò)自己具體選擇電路元器件，就理解不了實(shí)驗(yàn)中元器件的參數(shù)識(shí)別、性能測(cè)試和如何選用，掌握不了基本單元電路的安裝方法、調(diào)試技能，無(wú)法很好地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力。同時(shí)實(shí)驗(yàn)臺(tái)高度集成化，每個(gè)模塊都是固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，基本都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不利于綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開展。

（三）現(xiàn)有考核模式不利于提高實(shí)驗(yàn)效果

在模擬電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，給學(xué)生評(píng)定成績(jī)時(shí)往往是只針對(duì)學(xué)生所取得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，考核指標(biāo)比較單一。只重視結(jié)果而不重視過(guò)程的考核機(jī)制不能真實(shí)反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)水平與實(shí)踐能力。

二、兩項(xiàng)改革措施的實(shí)施

針對(duì)現(xiàn)階段模擬電子線路實(shí)驗(yàn)課程中存在的上述問(wèn)題，在實(shí)際教學(xué)中采取以下兩項(xiàng)改革措施。

（一）引入模擬電路仿真實(shí)驗(yàn)

Multisim仿真軟件是美國(guó)國(guó)家儀器公司推出的電路仿真工具，具有較強(qiáng)的適用性，也是當(dāng)前電子線路模擬教學(xué)的得力助手，可用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作，具有豐富的仿真分析能力。在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地安排不開的情況下，可以先讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，幫助理解知識(shí)，然后再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證理論結(jié)論和觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題分析問(wèn)題。

（二）利用學(xué)校的Blackboard平臺(tái)進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)

老師提前把部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程錄制成教學(xué)視頻，上傳到平臺(tái)。這樣，在學(xué)生學(xué)習(xí)完理論，還沒有能夠進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，已經(jīng)能夠從平臺(tái)上看到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)的實(shí)際現(xiàn)象，有助于對(duì)理論知識(shí)的理解，同時(shí)對(duì)剛開始接觸模擬電子線路實(shí)驗(yàn)的學(xué)生起到很好的示范作用。到了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)部分，可以課前在平臺(tái)發(fā)布任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行資料搜集;課堂上抽取小組現(xiàn)場(chǎng)講解，同學(xué)之間進(jìn)行討論，教師做指導(dǎo)點(diǎn)評(píng);實(shí)驗(yàn)完后再在平臺(tái)上討論實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題和收獲。利用平臺(tái)也可以很好地監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，進(jìn)而對(duì)考核機(jī)制進(jìn)行改革，加大對(duì)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和操作過(guò)程的評(píng)價(jià)，不僅僅只看結(jié)果。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中不能忽視的三個(gè)問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)是對(duì)理論的檢驗(yàn)，所以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中非常有必要對(duì)概念或者實(shí)驗(yàn)中易出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方闡述清楚。下面我們就看在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方。

（一）反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)

負(fù)反饋放大器的性能測(cè)試與分析是模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)很重要的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響以及負(fù)反饋放大器各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。然而，很多實(shí)驗(yàn)參考書中所采用的測(cè)量電路都存在概念性的錯(cuò)誤。

首先應(yīng)該給學(xué)生講清楚無(wú)反饋放大電路和基本放大電路的區(qū)別：基本放大電路的主要特點(diǎn)是在電路中引入了負(fù)反饋，但除此之外，由于負(fù)反饋的引入，使電路也隨之出現(xiàn)了以幾種影響： ①輸入信號(hào)從輸入端到輸出端，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)涉及電路的放大，會(huì)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的反饋網(wǎng)絡(luò)信息。②反饋信號(hào)從輸出端傳輸?shù)捷斎攵?，也?shí)現(xiàn)了電路的放大和網(wǎng)絡(luò)的反饋。③反饋電路對(duì)輸入信號(hào)起到分壓及分流的作用。④反饋網(wǎng)絡(luò)也會(huì)干擾輸出信號(hào)，有分流及分壓的輕微影響。綜合來(lái)說(shuō)，無(wú)反饋的放大電路沒有反饋電路的既定特點(diǎn)，也不存在反饋引起的各種影響。

根據(jù)負(fù)反饋放大器的分析方法，開環(huán)電壓放大倍數(shù)[Av]是指在負(fù)反饋放大器中取掉反饋信號(hào)，保留反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)時(shí)的電壓放大倍數(shù)。因此，在測(cè)量開環(huán)電壓放大倍數(shù)[Av]時(shí)，必須對(duì)反饋放大電路的輸入、輸出回路做相應(yīng)的變換處理。由此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，必須考慮上述效應(yīng)，而不是簡(jiǎn)單地去掉或者加上反饋網(wǎng)絡(luò)。在下面的實(shí)驗(yàn)圖1（說(shuō)明：圖1、圖2中均未畫出負(fù)載部分，但實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)必須有）中可以看到反饋網(wǎng)絡(luò)是由[Rf1]和[Rf2]支路組成的，常見的求開環(huán)[Av]的不精確做法有以下情況：①僅僅把開關(guān)S1斷開就可以了，認(rèn)為去掉反饋就是開環(huán)狀態(tài)，這就是把上述的基本放大電路和無(wú)反饋放大電路的概念理解錯(cuò)了。②把開關(guān)S1斷開，并且電阻[Rf2]左端通過(guò)導(dǎo)線接地。此種思路從放大電路的輸出回路來(lái)看，好像反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)已經(jīng)考慮進(jìn)去了，其實(shí)按照負(fù)反饋放大電路的放大分析，還應(yīng)考慮[Rf1]在輸出端的負(fù)載效應(yīng)，所以也是錯(cuò)誤的。并且對(duì)于輸入回路來(lái)說(shuō)，此種接法下只有[Rf1]的負(fù)載效應(yīng)體現(xiàn)出來(lái)了，并沒有考慮[Rf2]的，這也是錯(cuò)誤的。③把[Rf2]并聯(lián)在T1管的發(fā)射極等。所以，正確的方法是同時(shí)考慮反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入回路和輸出回路的負(fù)載效應(yīng)，即按照?qǐng)D2進(jìn)行開環(huán)放大倍數(shù)的計(jì)算。考慮反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入回路的負(fù)載效應(yīng)時(shí)，需在T1管的發(fā)射極與地之間并聯(lián)上[Rf2]支路（包括電容[Cf]）;考慮反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出回路的負(fù)載效應(yīng)時(shí)，需在輸出端并聯(lián)由[Rf1]和[Rf2]組成的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。這樣測(cè)量的電壓放大倍數(shù)[Av]才是真正意義上的開環(huán)電壓放大倍數(shù)，與理論一致。

根據(jù)上述分析，實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示。測(cè)量開環(huán)電壓放大倍數(shù)時(shí)，將開關(guān)S1和A端同時(shí)接到B端，反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)就完全考慮進(jìn)去了。測(cè)量閉環(huán)放大倍數(shù)時(shí)，將開關(guān)S1和B端同時(shí)接到A端即可。

該電路經(jīng)過(guò)Multism實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明圖1錯(cuò)誤方法和圖2正確方法得到的結(jié)果差異非常小，如果是用實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)電路來(lái)做，更難反映出來(lái)。因此，要給學(xué)生明確地講清楚原因，引起重視，避免概念的混亂。

（二） 運(yùn)算放大器實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)

運(yùn)算放大器實(shí)驗(yàn)中，在講解和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：（1）在實(shí)驗(yàn)開始前要粗測(cè)運(yùn)算放大器好壞，可以用萬(wàn)用表的電阻檔來(lái)實(shí)現(xiàn)。測(cè)試時(shí)要注意，不要用小電阻檔，以免測(cè)試電流過(guò)大;也不要用大電阻檔，以免電壓過(guò)高損壞運(yùn)放。（2）調(diào)零消除失調(diào)誤差，保證運(yùn)放精度。（3）相位補(bǔ)償消除高頻自激。（4）要注意過(guò)載保護(hù)措施。使用運(yùn)放時(shí)要注意，不能超過(guò)其性能參數(shù)的極限值，比如電源電壓不能接反并注意電源退耦、最大輸入電壓范圍等。（5） 運(yùn)放同相端和反相端的電阻平衡對(duì)減小運(yùn)放失調(diào)的重要性。

（三）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中放大電路干擾、噪聲抑制和自激振蕩的消除

作為典型的弱電系統(tǒng)，放大電路靈敏度很高，也使得其更容易受到外界和內(nèi)部不規(guī)則信號(hào)的干擾。一些噪聲、干擾信息等會(huì)導(dǎo)致電路信號(hào)的觀察與測(cè)量有失準(zhǔn)確，嚴(yán)重的情況下會(huì)破壞放大電路的工作系統(tǒng)。因此，我們必須重視干擾信息，積極抑制或者消除干擾元素，確保放大電路測(cè)量結(jié)果的真實(shí)與穩(wěn)定。

1.把放大電路輸入短路，在放大電路輸出端可測(cè)量到一定的噪聲和干擾電壓。而這些干擾電壓的來(lái)源是變壓器或者交流線，此外電路周圍的電磁波信號(hào)也是常見的干擾因素。當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)室對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)用分立元件連線的方式，容易受到外界的干擾。因此，實(shí)驗(yàn)調(diào)試的過(guò)程中我們必須重點(diǎn)預(yù)防噪聲與干擾信息的抑制，變被動(dòng)為主動(dòng)，通過(guò)合理的電路連線，通過(guò)接地點(diǎn)的合理選取，將干擾影響降到最小。

2.自激振蕩的消除

自激振蕩的頻率對(duì)應(yīng)的數(shù)值處于兩極狀態(tài)，要么極高，要么極低，頻率也伴隨放大電路的元件參數(shù)而變化，稍微小的連接導(dǎo)線的撥動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致頻率的變化。而高頻振蕩產(chǎn)生的主因是連線的不合理。因此必須確保線路連接的合理與穩(wěn)定?？梢試L試用1000PF左右的電容分別接地及管子的輸入端，找到抑制震蕩的關(guān)鍵點(diǎn)，在此處外接一個(gè)合適的電阻電容或單一電容，開展高頻濾波或者負(fù)反饋實(shí)驗(yàn)，以此實(shí)現(xiàn)放大電路高頻信號(hào)的減壓，或者移動(dòng)高頻電壓的相位達(dá)到高頻震蕩抑制的目的。而與高頻震蕩對(duì)應(yīng)的是低頻震蕩，其產(chǎn)生主因是各級(jí)放大電路共享一個(gè)直流電源，最有效也是最常用的解決辦法則是在各級(jí)放大電路之間增加“去耦電路”R和C。

四、結(jié)語(yǔ)

教師應(yīng)該通過(guò)教學(xué)實(shí)踐不斷發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，研究新的方法，以適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。本文對(duì)模擬電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容出現(xiàn)的眾多問(wèn)題進(jìn)行了分析。作為教師，既要不斷隨著學(xué)生群體的特點(diǎn)改革教學(xué)方法、教學(xué)模式來(lái)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和取得好的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，同時(shí)更要加強(qiáng)對(duì)于教學(xué)內(nèi)容的不斷探索和深化。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 郭翌，孔慶生，王勇.模擬與數(shù)字電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2016（14）：142-144.

[2] 王春靜.模擬電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索[J].大學(xué)教育，2015（6）：78-79.

[3] 李志軍，陳萬(wàn)培，于衛(wèi).《模擬電路》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2013（11）：78-80.

[4] 黃慧敏.《模擬電子技術(shù)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2009（1） ： 62-63.

[5] 李銀輪.電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路中開環(huán)電壓放大倍數(shù)的測(cè)量[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（33）：35-36.

[6] 孟慶忠.反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)[J].大學(xué)物理，1995（7）：15-17.

[7] 童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：北京高等教育出版社，2002：263-265.

[8] 王勇.“模擬與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)”的課程設(shè)置[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007（2）：6-10.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]