模擬電子技術實驗教學改革探索

鄧云+覃貴禮

【摘 要】本文分析模擬電子技術實驗教學存在的問題，探索以功率放大器的安裝和調試為主線的實驗教學，并通過科學組織實驗教學過程和強化學生技能考核等方面，培養學生分析、制作和調試電路的能力。

【關鍵詞】模擬電子技術 實驗教學 功率放大器

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）12C-0156-03

模擬電子技術是高職電子信息、通信和電氣類專業重要的專業基礎課程，其具有知識涉及面廣、概念抽象和實踐性強等特點，因而學生普遍覺得學習模擬電子技術存在較大困難。為了提高模擬電子技術課程的教學成效，各學校嘗試了各式各樣的教學改革，也涌現出不少國家級或省級精品課程，但改革主要著力于理論教學方面，如教學內容重構、教學方式探索和信息技術應用。實驗教學是課程教學的重要環節，是決定學生能否真正掌握模擬電子技術技能的關鍵，但各校在實驗教學方面的改革力度還比較小，實驗教學普遍沿用傳統方法，教學效果還有待提高。

為了提高實驗教學成效，課程組分析了傳統實驗教學存在的不足，探索以功率放大器的安裝和調試為主線的實驗教學，以此調動學生參與實驗教學的積極性。同時，通過強化技能考核環節，給學生傳導足夠的學習壓力，調動學生學習興趣，提高學生學習的主動性，從而提高實驗教學的成效。

一、模擬電子技術傳統實驗教學存在的主要問題

（一）實驗教學模式落后，實驗以驗證理論基本電路功能為主。傳統實驗教學過程是以教師為中心，學生根據教師課前的指導，并參照實驗指導書進行功能電路連線，然后利用萬用表、示波器和信號發生器等儀器儀表進行簡單的數據測量，最后對實驗結果進行數據分析，形成千篇一律的實驗報告。這樣的教學模式容易使學生處于相對被動的學習狀態，不利于激發學生主動學習的積極性，因而很難達到預期的實驗教學目標。

（二）實驗內容枯燥，難以激發學生求知欲。傳統實驗教學內容依據理論教材知識要點組成，主要由二極管整流電路、三極管單管放大電路、功率放大器電路和比例運算放大器等模塊構成。并且，實驗結果需要借助示波器等專業工具進行觀測，導致測試方法及測試結果缺乏趣味性和觀賞性，影響了課程教學效果。由于各模塊電路目的在于驗證某一個理論知識點，過于重視知識的理解，而忽視了學生技能的訓練，純粹為了實驗而實驗。這種缺乏與實際生活聯系的實驗內容顯得枯燥，很難實現通過實驗鞏固、提升理論知識的目的，同時，由于傳統實驗教學內容的枯燥，也容易造成學生產生厭學情緒，失去對電子技術實驗探索的興趣。因此，只有激發學生自主動手、動腦參與實驗教學，才能調動學生自主創新思維，達到預期的實驗教學目標。

（三）實驗考核不被重視，學生技能水平有待提升。以往的實驗考核方式大多以批閱學生的實驗報告為主，報告內容主要是實驗目的、實驗儀器設備、實驗步驟和實驗結果分析等文字材料，這樣的評定方式沒有突出強調學生技能水平掌握情況，導致很大一部分學生在完成實驗教學課之后，許多基本技能沒有掌握，例如，二極管、三極管等元件的檢測方法，以及常用集成電路芯片的使用方法。這種重視實驗報告的實驗考核方式，忽視了對學生分析電路、調試電路能力的培養，同時，也造成了學生自主設計電路、制作電路能力的缺失。

二、教學改革措施

為了改善模擬電子技術實驗教學效果，提升學生技能水平，本文實施以功率放大器的安裝和調試項目為主線的實驗教學，從科學組織實驗教學過程和強化學生技能考核等方面對模擬電子技術實驗教學進行改革。

（一）科學組織實驗教學過程，吸引學生參與應用型實驗。從以理論知識點為主的實驗過渡到以學生制作功能電路為主的課堂實驗。首先，通過制作典型TDA2030功放，讓學生體驗自制功放的樂趣，在成功制作電路基礎上再與學生探討放大電路的用途，并要求學生掌握其電路的分析及調試方法。其次，繼續圍繞功放增加外圍電路。例如，溫度過高報警電路、揚聲器保護電路和分頻器等電路，并以制作完整后級功放為教學目標，逐步豐富教學內容。

由于教學過程是圍繞制作電路而展開，并在調試過程中一點點講解電路知識，針對出現的問題進行交流探討，讓學生帶著問題分析電路，帶著興趣制作電路，帶著收獲完成實驗，讓學生感覺到逐步提升技能的過程，讓學生通過趣味實驗增強學習信心。經過一個學期的實踐教學，學生學習積極性明顯提高，教學效果大為改善。

（二）以典型2030功放制作開始，培養學生電路制作興趣。TDA2030功放電路如圖1所示，首先通過成功制作TDA2030功放，讓學生體會成功制作電路的喜悅，在此基礎上，再引出集成功率放大器的工作原理，并逐步分析電路的電壓增益由反饋電阻R2和R3的比值所決定，最后推導出增益計算公式為A=1+R2/R3，分析每個元件所起的作用。因此，通過一個簡單實用的TDA2030功放的成功制作，可以逐步建立學生學習電子技術的信心，培養學生學習電路的方法。

（三）增加相應實驗教學內容，完成不同教學目標。在成功制作TDA2030功放的基礎上，為了繼續完善電路功能，增加電源工作指示燈、溫度過高報警和揚聲器保護等實用型電路，逐步豐富教學內容，訓練學生綜合技能。

1.增加電源工作指示燈，掌握LED應用方法。電源指示燈常用于表示電路系統的工作狀態，如圖2所示。通過增加LED指示燈小電路，引導學生熟悉發光二極管的用法，理解發光二極管的單向導電性，學會測量發光二極管的正向導通壓降，以及通過串聯支路上的電阻計算出工作電流。一般情況下，流過發光二極管的工作電流在10-20 mA之間，而發光二極管的導通電壓為2 v左右，依次可以推導出降壓限流電阻阻值的選取范圍，并通過實驗觀察發光二極管的亮度和限流降壓電阻R之間的關系。

2.增加溫度過高報警電路，學習使用比較器和溫度傳感器。由于TDA2030集成塊需要外接散熱片方可持續工作，若芯片長時間在溫度過高的環境下工作，容易損壞功放芯片，因此，有必要在簡單功放上增加溫度過高報警功能，既符合產品安全規范需求，又可拓展學生技能。溫度過高電路如圖3所示，由振蕩電路和溫度檢測比較電路組成，振蕩電路外接LED實現閃爍報警。振蕩電路工作頻率是由電容支路的充放電時間所決定，而電路能夠周而復始振蕩與運放輸出電壓不停翻轉有著密切聯系。通過觀察實驗現象，逐步推出電路振蕩的工作原理，RC充放電引起運放的比較參考電壓在改變，而運放輸入端電壓高低變化引起其輸出電壓翻轉，這兩個過程互相影響、共同作用，從而出現振蕩的效果。

電壓比較器則由溫度傳感器和集成運放組成，溫度傳感器實現把溫度變化轉化為對應電壓信號的變化，然后再與基準電壓比較大小，運放輸出一個高電平代表溫度超出設定范圍。

最后，把溫度過高和振蕩電路進行關聯，并通過LED閃爍的方式呈現溫度過高現象，在充分理解現象的基礎上，再逐步分析電路振蕩的原理，以及溫度過高的檢測方法，這樣的教學模式讓學生更易理解和接受運算放大器的工作原理和使用方法。

3.增加揚聲器保護電路，學習使用二極管整流和三極管驅動繼電器。驅動揚聲器正常工作需要的是各種頻率的交流信號，而頻率為零的信號直流信號是揚聲器所不需要的，若信號中包含過大的直流成分則可能會影響功放音質，更嚴重的情況是導致揚聲器損壞。因此，揚聲器保護電路的作用是當檢測功放輸出信號中含有過大直流成分時，保護電路通過三極管驅動繼電器斷開功放和揚聲器之間的連接，避免揚聲器被損壞的風險。另外，為了消除功放開機瞬間大電流沖擊揚聲器，需要在揚聲器保護電路中增加延時開機電路，同時也可避免開機時的“砰”聲給人造成的不適。揚聲器保護電路如圖4所示。

其中通過電阻R1、電容C1和C2可提取信號中的直流成分，4個二極管組成橋式結構實現整流功能，把可能出現的正負直流成分轉化為單向直流，并用于控制下一級三極管的導通以及驅動繼電器動作。

延時開機電路由電阻R2、電容C3和Q2組成，利用電容兩端電壓不能突變的特性，經過電阻讓電容充電，而電容充電致Q2能導通的過程稱為延時。

4.增加分頻電路，學習電容和電感濾波特性。電容對不同頻率信號分別呈現不同的容抗，頻率升高則容抗減少，而電感則有著與電感相反的特性，即頻率升高則感抗最大。因此，可由電容器和電感線圈構成濾波網，實現音頻信號分頻效果，分頻器實現的功能是讓信號中的高頻成分進入高音喇叭，低頻成分進入低音喇叭。音箱分頻器可以有效地根據喇叭的特性，通過優化組合使得各單位揚長避短，讓喇叭發揮各自應有的特性。

在實驗過程中，可以改變電容值或電感值的大小，以實現不同的聽覺感受，人的耳朵也是一個敏銳的音頻信號檢測工具，學生根據個人直觀聽覺調整電容或電感的大小，在切身感受改變元件參數影響分頻效果的基礎上，學生會更容易理解并接受低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器的工作原理。

（四）強化技能考核環節，傳導學習壓力。從對實驗報告的評閱轉變為對學生綜合技能水平的考核，目的是為了幫助學生了解自身不足之處，督促學生更有針對性地學習，以達到全面掌握實踐技能的目的，與之相對應的是考核學生對常用電子元器件的識別與檢測方法、電路組裝與調試能力、故障分析與排除能力等，具體考核內容如下：

1.常用電子元件的識別與檢測。例如，通過目測電阻色環判斷其阻值大小和誤差，目的是要求學生掌握顏色所代表的數值，并且熟練計算出電阻阻值的大??；分別通過目測和使用萬用表對二極管進行極性檢測，目的是要求學生掌握通過目測二極管外形判別其極性，同時也會利用萬用表測量二極管正反向阻值進行判別。

2.使用儀器儀表測量電路信號。例如，使用萬用表測量指示燈電路中發光二極管的正向導通壓降，目的是要求學生使用萬用表測量電壓的方法，同時，通過測量過程深刻理解發光二極管的工作電壓；測量整流濾波電路中二極管的正向和反向電壓，目的是要求學生理解二極管正向壓降小，而反向耐壓高；利用示波器測量對比小信號經過功放放大前后的波形，目的是要使學生掌握示波器的常規使用方法，并且學會波形的讀數和計算，同時理解信號放大前后幅度變化，以及最大不失真輸出的調試方法。

3.故障分析與排除。通過故障現象分析原因所在，并逐步排除可能問題，例如，電源指示燈不亮，目的是要求學生學會思考分析并逐步判斷，指示燈電路是否有電壓到達、指示燈支路是否開路、指示燈是否被接反或者燒壞；+5 v直流穩壓電源無電壓輸出，則可以從后級往前倒推可能存在的故障原因，7805穩壓管是否有電壓輸入，濾波電壓兩端是否有電壓，整流二極管是否有輸出電壓，變壓器次級輸出電壓是否正常，變壓器初級是否有220 v輸入電壓等方面著手分析。通過實際的排除故障考核，學生懂得了運用理論指導實驗過程，通過分析電路故障原因，進一步鞏固了所學理論知識。

經過一個學期的實驗教學，學生學會了獨自從簡單功放電路開始，逐步豐富完善電路功能，并最終完成了一個相對完整的后級功放作品。這種以電路制作和調試為導向、重視學生技能考核的實驗教學方法，極大地提升了學生參與實驗的熱情，同時，培養了學生運用理論分析電路、調試電路的能力，學生通過成功制作電路的激勵，收獲了自主學習的方法和培養了電路排除故障能力，教學效果良好，達到預期教學目標。

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【基金項目】廣西教育廳高校科研項目（YB2014486）

【作者簡介】鄧 云（1983— ），男，廣西全州人，碩士，廣西職業技術學院計算機與電子信息工程系講師。

（責編 黎 原）