自制模擬電子基礎實驗箱的探索

創新者：張晶晶 李 瑩 李正美 房 鷹 魯 雯

自制模擬電子基礎實驗箱的探索

創新者：張晶晶 李 瑩 李正美 房 鷹 魯 雯

針對學生在模擬電子技術學習和實驗中遇到的一些問題，發現模擬電子實驗箱并不是功能越多、越精美越好，為了增強學生對實驗的興趣和信心，提高學生分析電路和連接電路的能力，研制了元器件可見的、單一功能的模擬電子技術基礎實驗箱。實踐表明，該實驗箱滿足了教學的需要，電路維修方便，彰顯了學校的辦學特色，具有很高的實用性和推廣價值。

作為一名大學生，從學生的角度講，我們在應用模擬電子基礎實驗箱進行實驗時，并不是功能越多，操作越方便越好，而是希望有更多的動手和觀察的機會。現在的模擬電子實驗箱越做越精美，把不太美觀的元器件都藏在面板下，在做實驗時，學生只需要進行簡單的電路連接，并不能真正的理解實驗內容和原理。所以元器件可見的、單一功能的實驗箱更有利于學生學習，而且電路簡單維修方便，鍛煉了學生動手就能力，真正把學與用結合起來，彰顯了學校的辦學特色，因此自制實驗箱具有很高的實用價值。

模擬電子基礎實驗箱改進的需求

常見問題

模擬電子技術作為我們的專業基礎課，這門課所對應的實驗是具有承前啟后的關鍵作用的，是為以后學習的電子、機械等專業課培養動手能力、創新能力、實踐能力的基礎。

而在當今電子技術飛速發展的時代，電子元器件的更新換代的腳步也在加快，對于我校生物醫學工程實驗室的實驗設備具有以下幾大突出問題：

（1）對于實驗室中的使用期長的實驗箱，其中很多電子元器件已經老化甚至損壞，只是對于這些損壞的部分型號元器件來說，原廠家已經停產，而拆卸實驗箱重組會使工作量和工作難度加大，因此使得實驗箱部分電路不能使用，而有些可以使用的電路誤差大，打擊學生的自信心，使學生失去動手的興趣；

（2）目前實驗室中的實驗箱在實驗過程中，學生只能看見面板上的元器件符號和測試孔，而對于元器件真實的外觀和真實的電路，學生并不能看到，由于對于元器件不能獲得真實的感知，可以說也就喪失了實驗本身的意義，以至于學生以后見到實物也不知道是什么元器件。

單一功能實驗箱更方便學生學習

目前實驗設備廠家生產的設備以多功能實驗箱為主，他們認為的是一臺便攜的實驗設備可以做越多的實驗才算是完美，反而使結構變的越來越復雜，一個電路板密密麻麻全是元器件符號，對于剛接觸實驗的學生來說，看著就眼暈。這么復雜的設備，初次給學生的印象就給學生心理帶來了復雜的壓力，有的學生甚至沒有心情繼續學習下去。另一方面，這樣的實驗箱印刷電路板的布線也很復雜，一旦出現故障，檢修也是相當困難。因此，作為滿足學生學習為目的的實驗設備，單一功能的實驗箱更有實用的價值。

模擬電子基礎實驗箱研究的意義

現在的實驗設備都是為了方便學生做實驗，學生只要打開電源，進行簡單的連線就可以記錄實驗結果，很快就把實驗結束了。而做實驗的最本質的目的卻忽略了，單一功能的實驗箱是把元器件安裝在電路板的正面，學生可以直觀的看到電路，觀察電路，可以自己設計實驗方案，連接電路等。這樣一個實驗做完，學生不僅掌握了基本的實驗方法和原理，而且對元器件真實的了解和認知，都為以后打下了基礎。真正的培養了學生的觀察能力和實踐能力。長遠的來說，對于學生的素質也得到了鍛煉和升華，有助于學生全方面的提高。

自制的模擬電子基礎實驗箱是根據實驗內容的不同，而去做對應的實驗電路模塊，即把整體的一個電路板又分成幾個單獨的小電路，使復雜程度降低，而且元器件可見，學生學習更直觀。而且自制的實驗箱是由高校的任課教師帶領學生針對模擬電子技術在教學時存在的對電子電路構成和應用等難以理解的問題，研發了本實驗設備。把理論和實際密切聯系起來，使得參與的同學得到更深層次的鍛煉，是實踐的好機會，更能體現教學的需求，增強了學生分析電路、測試電路的基本能力。自制的實驗箱簡單方便，出現故障的次數大大降低，即使偶爾出現故障，實驗老師也能很快很輕易的排查出問題，繼而可以自己動手維修，提高了實驗箱的使用壽命。此外自制的實驗箱成本低，可為學校在實驗設備方面節約大筆經費。在實際運用中可以看出，該套自制的功能單一、布局簡單、元器件安裝在正面的模擬電子技術基礎實驗箱能滿足教學需要，所以自制試驗箱非常有必要，有推廣價值。

自制模擬電子基礎實驗箱的實現

技術指標

（1）輸入電源：單相三線220V；

（2）電壓輸出：直流0—±15V連續可調；直流固定±12V；

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

（4）工作環境：溫度-10℃～+40℃，相對濕度≤85%（25℃）；

（5）裝置容量：＜200VA。

單元電路的設計

通過與老師同學探討了教學學習的需要和電路的整體功能性，我們把整個電路板分成5個模塊，并把整個電路分解成5個小單元電路，包括功率放大電路、整流濾波穩壓電路、集成RC振蕩電路、分立電路和運算放大電路。此外還不能忽視這些小單元電路之間的聯系。比如，在設計電源時，要先考慮到整個穩壓電源的穩壓值的要求所對應整流、濾波、穩壓電路的輸出電壓，在設計過程中，要注意電路之間參數的影響。設計完成后要分別測試分析，如果出現了錯誤，可以逐一排查，這樣按小電路逐一的檢查大大節省了時間，使解決問題、分析問題更加便捷。

自制實驗電路板的規劃

設計好單元電路后，在電路板上安排各個單元電路的位置，根據電路板的大小，以適當的比例畫上各個單元電路，印刷出電路板。例如功率放大電路的電路圖如圖1所示。

元器件的選取

電路和電路板規劃好，就需要選擇合適的元器件進行電路連接，元器件包括電容、電阻、電感、二極管、三極管、集成電路等多種元器件。當進行對元器件選擇時，一方面要考慮這些小電路本身的要求，另一方面還要想到元器件固有的性能和特性參數等跟隨環境溫度的變化狀況。這樣綜合的考慮，可以使每一個小電路都能有一定的穩定性，尤其在對二極管和三極管使用時，要注意環境溫度、信號頻率、工作電壓等多種因素的影響，這樣這些小電路構成的電路板更穩定耐用。

模擬電路的實現

選取好元器件后，把所有元器件全部安裝在實驗電路模板的正面，元器件與電路在正面通過焊接連接。

自制模擬電子基礎實驗箱的體會

通過長時間對電路設計、實現和改進，充分感覺到從一開始書面知識的學習到能做到學以致用這一變化能力的提升。在這漫長的過程中，從自己一點點摸索，到老師指導下對電路的設計，再到最后得到實驗成果，內心是喜悅的、激動的。在這一實踐過程中，只有親手去做了，才能體會到能夠自主的分析問題、解決問題是重要的。只有遇到問題自己不服輸，并積極探索解決問題的方法，通過問老師和查閱資料，一點一滴才會拓寬自己的視野，漸漸地提升自己的能力，為以后的學習打下堅實的基礎。這些事件也會對我們運用知識的能力和創新的能力產生潛移默化的影響。

在以前，自己學習這門課與做實驗的時，很少能夠理解實驗的意義，很多時候都是按照老師的講解，把電路連接好，測出數據就結束實驗了，有時候遇到實驗儀器的問題由于害怕麻煩，就放棄了實驗。現在通過自制模擬電子基礎實驗箱，在實驗中可以看到元器件，可以連接真實的電路，將知識性與趣味性融為了一體。在實驗過程中學習的興趣高漲，由于自制的實驗箱單一簡單，教師很好檢修維護，學生也很少遇到儀器不準確的問題，在實驗中大大鼓舞了學生的自信心。這樣使實驗能夠按照教學標準更好的實行，每一位同學在實驗中或多或少都能得到啟發，大大體現了功能單一、布局簡單、連接方便的實驗箱才是現代的需要，一個能為教學、為學生帶來更多好處的實驗設備才是當代的追求。

在當今時代，電路設計不僅僅只是專業知識的要求，更是當今現代科技知識的要求，其在教學中的地位愈來愈重要，而自制模擬電子基礎實驗箱，可以由老師帶領學生共同完成，這一過程無論參與人數多少，都會給參與的人帶來或多或少的經驗，使學生正適應當代的發展要求。而且自制的功能單一、布局簡單、元器件安裝在正面的模擬電子技術基礎實驗箱電路簡單，維修方便，成本費用低，能為學校節約大筆實驗設備經費，總的來說更彰顯了學校的辦學特色。

圖1 功率放大電路圖

DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2016.06.015