“模擬電子技術(shù)”教學(xué)研究

余平 方杰 吳從兵 楊婷 徐宇寶

摘要：《模擬電子技術(shù)》的理論教學(xué)枯燥且抽象，教學(xué)中理論和實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，學(xué)生缺乏興趣。本文結(jié)合工科學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法對(duì)《模擬電子技術(shù)》進(jìn)行探討和改革，提出了一套利于教學(xué)和學(xué)生能力培養(yǎng)的新方法。

關(guān)鍵詞：模擬電子技術(shù)；放大電路；Multisim

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）08-0259-02

一、課程性質(zhì)

模擬電子技術(shù)課程是電氣、通訊、計(jì)算機(jī)等電類專業(yè)在電子技術(shù)方面入門性質(zhì)的技術(shù)基礎(chǔ)課，具有自身的體系和很強(qiáng)的實(shí)踐性。

二、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法探討

1.理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合。模擬電子技術(shù)課程知識(shí)點(diǎn)較多且比較零散，電路形式多種多樣，僅僅通過傳統(tǒng)的課堂教學(xué)很難使學(xué)生掌握知識(shí)和原理。

2.軟件和理論結(jié)合。Multisim是一種EDA（Electronic Design Automation）工具，以windows操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，為電子設(shè)計(jì)和系統(tǒng)測(cè)試提供計(jì)算機(jī)虛擬平臺(tái)。課堂教學(xué)中，利用Multisim對(duì)電路進(jìn)行仿真，首先，可以顯示傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中難以看到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)象。第二，可以彌補(bǔ)原材料實(shí)驗(yàn)的不足，排除儀器損壞對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。第三，可以設(shè)置不同故障，觀察其對(duì)結(jié)果的影響。例如，軟件中利用PNP和NPN管組成基極分壓式的共射極放大電路，如圖1。

輸入的信號(hào)為10mV/1KHz的正弦波。當(dāng)電路正常放大無失真時(shí)，放大電路的輸出如圖所示2。

當(dāng)改變基極偏置電路，使兩個(gè)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)變高，接近飽和區(qū)，同時(shí)增大輸入信號(hào)幅度，則輸出端信號(hào)出現(xiàn)飽和失真，此時(shí)NPN放大電路表現(xiàn)為頂部失真，PNP放大電路表現(xiàn)為底部失真。如圖3所示。

按照相反的方向設(shè)置參數(shù)，兩個(gè)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)變低，輸出端信號(hào)出現(xiàn)截止失真。NPN放大電路表現(xiàn)為頂部失真，PNP放大電路表現(xiàn)為底部失真。如圖4所示。

通過軟件仿真和理論分析結(jié)合，使學(xué)生更直觀地觀察飽和失真和截止失真的現(xiàn)象，PNP管和NPN管放大電路的輸出波形失真情況完全相反。當(dāng)發(fā)生飽和失真時(shí)，NPN管放大電路為底部失真，PNP管則頂部失真。發(fā)生截止失真時(shí)，NPN管放大電路為頂部失真，則PNP管為底部失真。同時(shí)有助于理解失真原因是由兩種三極管工作電壓極性和電流方向完全相反引起的。同時(shí)把兩種三極管的放大電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，理解其直流電源的不同。

3.課內(nèi)外知識(shí)點(diǎn)結(jié)合。模擬電子技術(shù)不僅知識(shí)零散，而且知識(shí)點(diǎn)延伸至課外。例如，NPN放大狀態(tài)下載流子的傳輸，那么此時(shí)可以引入PNP放大狀態(tài)下載流子的傳輸與之對(duì)比。如圖5所示。

在外加電壓作用下，發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射空穴，形成射極電流I：，其方向與空穴運(yùn)動(dòng)方向相同，即由發(fā)射極流入三極管。

IE=IEP+IEN≈IEP （1）

基極電流IB主要由外電路補(bǔ)充基區(qū)復(fù)合掉的自由電子形成的，故其方向是由管子流出基極；

IB=IBP+IEN-ICBO （2）

集電極電流IC主要由收集的空穴流組成，其方向也是由管子流出集電極。

IC=ICP+ICBO （3）

由此可見，IE、IB和IC的方向正好與NPN管相反，所以PNP三極管的中發(fā)射極的箭頭方向指向基極和集電極。由圖中可以看出，IE、IB和IC規(guī)定的正方向與實(shí)際方向相同。

IEP=IBP+ICP （4）

IE=IB+IC （5）

從課內(nèi)外知識(shí)的對(duì)比中可以看出，對(duì)于NPN和PNP內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)不同，但是三極管的三個(gè)管腳電流關(guān)系是相同的，同時(shí)都要求發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

4.課程設(shè)計(jì)教學(xué)。引入課程設(shè)計(jì)教學(xué)，有利于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行個(gè)性化實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

三、結(jié)束語

通過理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，軟件與理論結(jié)合，課內(nèi)外結(jié)合，課程設(shè)計(jì)教學(xué)對(duì)《模擬電子技術(shù)》課程進(jìn)行研究，既加深了學(xué)生對(duì)抽象理論知識(shí)的理解，使復(fù)雜的理論直觀、形象化，又培養(yǎng)了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)了動(dòng)手能力，為后續(xù)的各類電子類競(jìng)賽奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]薛延俠.“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)改革的探討[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，（6）.