模擬電子技術(shù)課電路識圖教學(xué)方法探究

劉曉娣　胡昊　李香宇

［摘 要］電子電路識圖是電子信息類專業(yè)學(xué)生必備的一項技能，模擬電子技術(shù)作為該專業(yè)學(xué)生在電子技術(shù)方面的入門課程，對學(xué)生系統(tǒng)概念建立、識圖能力培養(yǎng)具有重要意義。模擬電子技術(shù)課程組從識圖方法融入課堂、元器件多維認(rèn)知、單元電路分析、功能電路訓(xùn)練和綜合項目實作五個層面，構(gòu)建一種多方位認(rèn)知、全過程融入的識圖教學(xué)方法，使學(xué)生建構(gòu)系統(tǒng)概念、筑牢識圖基礎(chǔ)、把握識圖核心、強化識圖要領(lǐng)、提升識圖能力。該方法應(yīng)用于教學(xué)實踐，使學(xué)生的識圖能力得到有效提升。

［關(guān)鍵詞］電子電路識圖；模擬電子技術(shù)；多方位認(rèn)知；全過程融入

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）10-0152-03

電子電路識圖是電子信息類專業(yè)學(xué)生必備的一項技能，對后續(xù)課程學(xué)習(xí)和相關(guān)專業(yè)任職具有重要作用。模擬電子技術(shù)作為該專業(yè)學(xué)生在電子技術(shù)方面的入門課程，對學(xué)生系統(tǒng)概念建立、識圖能力培養(yǎng)具有重要意義。部分學(xué)生在實際的學(xué)習(xí)中，往往注重基本單元電路的分析與測試，而忽視電子系統(tǒng)整體的認(rèn)知，導(dǎo)致在學(xué)完整門課程之后，可能會熟練掌握各個基本單元電路，但是看到系統(tǒng)電路時則滿臉茫然、無從下手。為此，筆者在多年的模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中，開展電路識圖教學(xué)方法研究與實踐，從系統(tǒng)方法、常用元件、基本電路、功能電路、項目實作五個層面，構(gòu)建一種多方位認(rèn)知、全過程融入的識圖教學(xué)方法，有效促進(jìn)了學(xué)生識圖能力的提升。

一、識圖方法融入課堂，建構(gòu)系統(tǒng)概念

一般的電子電路識圖主要包括四個步驟：1.辨清出入，明確信號流向；2.化整為零，分解電路模塊；3.剖析單元電路，確定功能原理；4.統(tǒng)觀整體，確定系統(tǒng)功能與特點。直接給學(xué)生灌輸這四個步驟，學(xué)生記住很簡單，卻不會運用，教學(xué)效果并不好。為了使學(xué)生樹立識圖的意識、建立系統(tǒng)的概念，應(yīng)將識圖方法融入課堂教學(xué)環(huán)節(jié)。

課程伊始，通過音頻放大電路讓學(xué)生直觀感受電子電路的功用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而給學(xué)生展示音頻放大電路的內(nèi)部電路；對照內(nèi)部電路，融入識圖的第一步——辨清出入，明確信號流向。要識讀一個電路圖，首先得辨清該電路的輸入和輸出。一般來說，電路的輸入在左、輸出在右，信號的走向由左到右、由上到下。課程教學(xué)中，在涉及分析電路時，可首先引導(dǎo)學(xué)生辨清輸入和輸出，明確信號的流向，然后再進(jìn)行具體電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)的分析。

通過課前調(diào)研，發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生對包含元器件較多的電路會感到困難。在介紹單元電路時，注重從器件功能的角度對電路進(jìn)行拆解，融入識圖的第二步——化整為零，分解電路模塊。通常按照電路所實現(xiàn)的功能，以信號的流通方向為線索，把電路分解成若干模塊，以降低分析難度。例如，在介紹共射放大電路時，融入識圖思想，將電路組成按照功能分解，首先以晶體管為核心設(shè)置外圍直流偏置電路，使其工作在放大狀態(tài)；在此基礎(chǔ)上，輸入端通過小電阻或電容接入信號源，輸出端通過直接耦合或阻容耦合接入負(fù)載。在分析多級放大電路時，引導(dǎo)學(xué)生先對電路進(jìn)行分解，然后再分析計算。

雖然電子電路的形式千變?nèi)f化，所采用的電子元器件也有較大差異，但基本電路的組成原則是不變的。因此，在課程學(xué)習(xí)中，注重單元電路的分析與測試，融入識圖的第三步——剖析單元電路，確定功能原理。例如，在介紹放大電路、運算電路、振蕩電路時，以典型單元電路為例進(jìn)行剖析，歸納總結(jié)這些基本電路的結(jié)構(gòu)特征及功能原理。

在課程教學(xué)中，注重系統(tǒng)概念的建立，在分析多級放大電路時，融入識圖的第四步——統(tǒng)觀整體，確定系統(tǒng)的功能與特點。在確定各個單級放大電路的功能之后，分析前后級放大電路之間的聯(lián)系，從而確定整個電路所實現(xiàn)的功能和性能特點。

二、元器件多維認(rèn)知，筑牢識圖基礎(chǔ)

元器件是構(gòu)成電子電路的基礎(chǔ)，因此要能夠有效識圖，需要了解電路板上的電子元器件。學(xué)生前期已學(xué)習(xí)了電阻、電容、電感等元件，在模擬電子技術(shù)課程中學(xué)習(xí)的元器件主要是二極管和三極管。為了打牢學(xué)生的識圖基礎(chǔ)，筆者從外形、符號、引腳、特性、參數(shù)、典型應(yīng)用電路六個維度，建立電子元器件認(rèn)知體系。

（一）外形認(rèn)知

通過外形認(rèn)識各種電子元器件“長啥樣”，將實物與名稱、電路符號相對應(yīng)。為了提高認(rèn)知效果，可研制元器件認(rèn)知板，使學(xué)生從外形上直觀認(rèn)知元器件，如圖1所示。

（二）符號認(rèn)知

電路符號是電子元器件在電路中的代號，由電路符號可了解一個元器件有幾個管腳，如果管腳有正負(fù)極性之分，在電路符號中也有表示。如二極管符號如圖1上部所示，三角形表示正向?qū)〞r電流的流向，用字母“D”表示，這是英文名“Diode”的第一個字母，在有些材料里也用“VD”表示。

（三）引腳認(rèn)知

二極管有兩個引腳、三極管有三個引腳，而且它們的引腳不能相互代替，因此需要通過元器件符號或?qū)嵨镞M(jìn)行引腳的識別和引腳極性的識別。如在二極管的符號中，三角形底邊一側(cè)為陽極、頂端一側(cè)為陰極；對于二極管的實物，觀察其外形可直接分辨出兩個引腳的正負(fù)極性，如圖1中第一排，第1個和第3個二極管有黑色色帶的一端為負(fù)極，第2個和第4個有灰色色帶一端為負(fù)極，發(fā)光二極管長引腳為正極、短引腳為負(fù)極。

（四）特性認(rèn)知

元器件特性是后續(xù)分析電路工作原理的基礎(chǔ)。首先人理論上精講器件特性，然后通過電路認(rèn)知板直觀演示，由抽象到具象、由特性理論到實用電路，激發(fā)學(xué)生興趣。例如，二極管首先通過特性曲線介紹其單向?qū)щ娦?，然后利用二極管認(rèn)知電路模塊，如圖2所示，使學(xué)生對二極管特性建立直觀認(rèn)知：電路中的蜂鳴器分別與正反連接的兩個二極管電路連通，一路通電后蜂鳴器發(fā)聲、另一路通電后蜂鳴器不發(fā)聲，使學(xué)生直觀看到二極管在外加正向電壓時導(dǎo)通、外加反向電壓時截止，加深對單向?qū)щ娦缘睦斫狻?/p>

（五）參數(shù)認(rèn)知

要正確使用元器件，需要了解其性能參數(shù)，如二極管常用的主要參數(shù)有最大整流電流、最大反向工作電壓、反向電流、最高工作頻率等，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)管子的參數(shù)選擇滿足需要的二極管。

（六）典型應(yīng)用電路認(rèn)知

每一種元器件都有許多的應(yīng)用電路，典型應(yīng)用電路是最為常見的應(yīng)用電路。通過典型應(yīng)用電路的認(rèn)知，可以以點帶面、舉一反三，如二極管的典型應(yīng)用電路有整流電路、限幅電路、檢波電路等。

三、單元電路分析，把握識圖核心

單元電路是由若干電子元器件構(gòu)成的、具備某一特定功能的基本電路，是組成各類電子電路的核心。要識讀電路圖，必須熟練掌握單元電路的典型結(jié)構(gòu)、基本原理和功能特點。為此，從以下三個方面進(jìn)行單元電路分析，把握識圖核心。

（一）突出基本、歸類分析

在模擬電路中，涉及的單元電路眾多，在童詩白、華成英主編的《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》教材中，僅“基本放大電路”一章由三極管組成的放大電路就有34種，若對這些電路一一分析記憶會花很多時間，而且沒必要。在課程教學(xué)中，對模擬電子技術(shù)中涉及的單元電路進(jìn)行歸類，突出基本單元電路的組成原則、工作原理與性能特點。

（二）找準(zhǔn)特征，識別類型

為方便學(xué)生識別單元電路的類型，歸納各類單元電路的結(jié)構(gòu)特征，辨析同類單元電路不同電路形式的差異。如基本放大電路有共射、共集和共基三種基本組態(tài)，在電路識別時，首先抓住具有放大功能的核心元件——三極管這一主要特征，識別放大電路；然后抓住電路連接的主要特征——共誰誰接交流地，識別放大電路的具體組態(tài)。由集成運放構(gòu)成的運算電路，典型結(jié)構(gòu)特征是存在由集成運放的輸出端到反相輸入端的通路，即引入電壓負(fù)反饋；由集成運放構(gòu)成的電壓比較器的結(jié)構(gòu)特征是集成運放處于開環(huán)狀態(tài)或僅引入正反饋；振蕩電路的電路特征是沒有輸入信號，只有輸出信號；功率放大電路的典型結(jié)構(gòu)特征是有一對性質(zhì)相同或相異的三極管，且都由射極輸出，構(gòu)成對稱結(jié)構(gòu)。

（三）剖析原理，把握性能特點

電子信息類專業(yè)學(xué)生必須具備電路分析的能力，因此在課程教學(xué)中，要掌握基本單元電路的工作原理及性能特點。首先分析基本單元電路中的典型電路，辨清各個元器件的作用及其對電路性能的影響，剖析該類電路的工作原理，掌握其性能特點。在此基礎(chǔ)上，對同類型的其他電路形式采用類比分析法，引導(dǎo)學(xué)生運用已有知識自行分析，最后總結(jié)特點與差異。如三種組態(tài)的基本放大電路，電壓增益、電流增益、阻抗以及應(yīng)用皆有差異，先以基本共射放大電路為例進(jìn)行講解，然后提供共集和共基兩種放大電路由學(xué)員分析，最后師生共同歸納總結(jié)三種組態(tài)基本放大電路的特點與差異。

四、功能電路訓(xùn)練，強化識圖要領(lǐng)

在模擬電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)中，大多數(shù)學(xué)生注重元器件的特性、單元電路的分析，但缺乏對功能電路、實際電路的分析，導(dǎo)致難以建立電子系統(tǒng)的整體認(rèn)知。為此，在教學(xué)過程中，應(yīng)采用階梯式識圖訓(xùn)練，強化識圖要領(lǐng)，培養(yǎng)識圖技能。

（一）以一類單元電路為對象，設(shè)置功能背景下的多級電路識圖訓(xùn)練模塊

在一類單元電路學(xué)完之后，選取該類單元電路的不同形式組成的多級電路進(jìn)行識圖訓(xùn)練，使學(xué)生以識圖方法為指導(dǎo)，著手分析基本的多級電路，熟悉基本單元電路在功能電路中的應(yīng)用，了解多級電路之間的耦合方式，為后續(xù)系統(tǒng)電路分析奠定基礎(chǔ)。例如，在基本放大電路學(xué)完之后，選取電臺音頻放大電路中的電壓放大模塊——多級低頻電壓放大電路，引導(dǎo)學(xué)生遵循識圖要領(lǐng)，運用基本放大電路知識進(jìn)行逐步分析，確定多級電路的功能，同時深入理解多級放大電路的性能、負(fù)反饋放大電路的作用，提升對基本放大電路的分析能力。在運算電路學(xué)完之后，選取飛行控制中的運算電路模塊，引導(dǎo)學(xué)生遵循識圖要領(lǐng)，綜合分析比例運算、加減運算以及微積分運算電路，加深對運算電路的理解，也增強對運算電路在實際功能實現(xiàn)中的認(rèn)知。

（二）以兩類及以上單元電路為對象，設(shè)置功能電路識圖訓(xùn)練模塊

選取兩類及以上的單元電路組成的功能電路開展識圖訓(xùn)練，使學(xué)生運用識圖要領(lǐng)，綜合運用多類單元電路知識，分析電路整體功能以及各單元電路在功能電路中的作用，逐步建立系統(tǒng)觀。在該階段，專門研制電路功能認(rèn)知板，如圖3所示，從原理電路分析、電路實物認(rèn)知以及電路功能測試三個維度，提升識圖訓(xùn)練效果。在運算電路和電壓比較器學(xué)完之后，選取如圖3所示的溫度檢測報警電路，引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行識圖訓(xùn)練。該電路是一個利用LM324集成運放組成的檢測控制認(rèn)知電路，用可變電阻Rp阻值大小的調(diào)整代替?zhèn)鞲衅鳙@取的外界信息的變化。從電路結(jié)構(gòu)上來看，可分為三級：輸入級由電橋和差分放大電路組成。由左側(cè)電橋感知要檢測的信息，由集成運放構(gòu)成的差分放大電路對兩橋臂中A、B兩點的電壓差值進(jìn)行放大。中間級是一個單門限電壓比較器，將檢測放大后的電壓與參考電壓進(jìn)行比較。輸出級是報警電路，當(dāng)檢測放大后的電壓大于參考電壓時，發(fā)光二極管發(fā)光，發(fā)出報警信號；反之，則不報警。同時在該電路板設(shè)置多個測試點，利用萬用表可以測量電橋的輸出電壓、電壓比較器的輸入電壓、基準(zhǔn)電壓及輸出電壓等。

（三）設(shè)置系統(tǒng)實用電路訓(xùn)練模塊

在單元電路、功能電路訓(xùn)練之后，選取電臺音頻放大電路、飛機電源調(diào)壓器等實用電路案例，綜合運用已有知識進(jìn)行系統(tǒng)識圖訓(xùn)練，理解實用電路中元器件的連接與布局特征，體會實用電路中的濾波、阻抗匹配等現(xiàn)實問題的處理方法。通過課程教學(xué)中的識圖訓(xùn)練，使學(xué)生逐步認(rèn)識電路識圖的重要性，并建立系統(tǒng)概念、強化識圖要領(lǐng)、培養(yǎng)識圖技能。

五、綜合項目實作，提升識圖能力

為了促進(jìn)理論知識向?qū)嵺`能力的轉(zhuǎn)化，模擬電子技術(shù)課程設(shè)置課外綜合項目實作環(huán)節(jié)，使學(xué)生在實踐中親身體驗單元電路選取、功能電路實現(xiàn)、硬件電路布局等方面的奧妙。該類項目實作由學(xué)生以小組為單位利用課余時間在開放實驗室完成。每組根據(jù)興趣特長自主選題制作一個電子系統(tǒng)，如音頻放大電路、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、波形變換電路等，按照方案選定、電路設(shè)計、搭建調(diào)試、匯報展示四個步驟由小組成員共同完成。在項目實作過程中，學(xué)生從實際應(yīng)用出發(fā)，綜合運用已有知識分析問題、解決問題，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，提升了識圖能力。

六、結(jié)語

為提升學(xué)生的電路識圖能力，筆者在模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中，從識圖方法融入課堂、元器件多維認(rèn)知、單元電路分析、功能電路訓(xùn)練和綜合項目實作五個層面，將模擬電子線路識圖融入教學(xué)全過程，使學(xué)生建構(gòu)識圖概念、筑牢識圖基礎(chǔ)、把握識圖要領(lǐng)、培養(yǎng)識圖技能、提升識圖能力。但是，電路識圖能力的提升僅通過課堂學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要通過不斷的實踐訓(xùn)練，多搭建電路、多讀實用電路圖，在實踐中不斷提高。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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[3］ 劉蕓，陸洪毅，王學(xué)慧.淺談模擬電子技術(shù)的學(xué)習(xí)難點及教學(xué)策略[J].大學(xué)教育，2015（1）：120-122，134.

[4] 梁瑋.基于深度學(xué)習(xí)導(dǎo)向的課程教學(xué)改革研究：以“電路與模擬電子技術(shù)”課程為例[J].大學(xué)教育，2020（9）：104-106.

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[6］ 孫立群.電子電路識圖完全掌握[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[7］ 舒紹先，林為農(nóng)，李文慶.電子電路識圖方法探析[J].景德鎮(zhèn)高專學(xué)報，2005（4）：36-38.

［責(zé)任編輯：張 雷］