模擬電子線路實驗教學之反思

劉麗麗

[摘 要]實驗教學是高等院校教學的重要組成部分，是對課程所學理論知識的直觀認識。課題組就我校模擬電路實驗教學過程中和理論課的銜接問題、現有實驗平臺的優缺點和學生因素進行了討論，同時就實驗內容中的幾個存疑存難問題進行了詳細的分析討論，并給出了一定的解決方案，對提高實驗教學質量具有重要的意義。

[關鍵詞]實驗教學;模擬電路;負反饋放大電路;反饋網絡

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）06-0097-03

實驗教學的設計初衷就是將理論知識和實踐活動、間接經驗和直接經驗結合起來，讓學生在實操驗證中深化對文本，對理論知識的把握。隨著素質教育改革的深入，實驗教學備受關注，直接關系到學生實踐能力、創新能力和動手能力的培養。

模擬電子線路是當前各大高校電子、信息技術、控制工程等專業的核心課程，也是較為基礎的入門學習課程，而模擬電子線路實驗教學對學生專業知識的學習具有促進作用，為學生進一步學習專業知識和從事電子信息類相關工作打下扎實的基礎。此課程的理論性和實踐性都很強，因此在教學過程中必須堅持理論與實踐相結合，讓學生認識到實驗學習的必要性，也能在實驗實操中深化對理論的認知，提升自己的動手能力和實操技能，不斷拓展研究視野和思路。通過實驗教學，加深學生對基礎理論知識的理解，也實現對學生創新思維的啟迪，讓學生理論聯系實踐，更好地分析問題，解決問題，理論的學習在實驗實操中加以驗證與鞏固。

一、實驗教學過程中存在的問題

（一） 實驗教學和課堂理論教學不能有機銜接

由于實驗場地有限、實驗設備數量不足、時間安排不及時等各方面原因，理論課之后的對應實驗經常不能立即進行，使得學生沒有理解的抽象理論知識點不能及時地經過實驗操作來加深理解，疑惑愈積累愈多，容易導致學生學習興趣的喪失。以我院為例，全年級5～7個教學班用同一個實驗場地，理論上來說是可以滿足時間要求的，但是受整體的理論課排課時間約束，所有教學班的空余時間基本一致，使得實驗課時間被限制，無法滿足及時進行相關知識的實驗的需求。

（二）實驗過程中高度依賴實驗箱

隨著技術的不斷發展，高校的實驗設備也不斷更新，設計出很多模塊化、集成化的綜合實驗箱或者實驗臺，讓學生操作更方便。我校的模擬電子線路實驗就是采用綜合性實驗臺，集成度很高，學生在實驗過程中只需按照實驗要求選擇實驗臺上的電路模塊和測試儀器即可。學生自己連線搭建電路步驟較少，課堂實驗多集中于教師指導要求下的電路調試與參數測定，學生也錯誤地將模擬電子線路實驗等同于教師動作的重復。學生沒有經歷過自己具體選擇電路元器件，就理解不了實驗中元器件的參數識別、性能測試和如何選用，掌握不了基本單元電路的安裝方法、調試技能，無法很好地培養學生的動手實踐和創新能力。同時實驗臺高度集成化，每個模塊都是固定的實驗內容，基本都是驗證性實驗，不利于綜合性、設計性實驗的開展。

（三）現有考核模式不利于提高實驗效果

在模擬電子線路實驗教學中，給學生評定成績時往往是只針對學生所取得的實驗數據，考核指標比較單一。只重視結果而不重視過程的考核機制不能真實反映學生的實驗水平與實踐能力。

二、兩項改革措施的實施

針對現階段模擬電子線路實驗課程中存在的上述問題，在實際教學中采取以下兩項改革措施。

（一）引入模擬電路仿真實驗

Multisim仿真軟件是美國國家儀器公司推出的電路仿真工具，具有較強的適用性，也是當前電子線路模擬教學的得力助手，可用于板級的模擬/數字電路板的設計工作，具有豐富的仿真分析能力。在實驗場地安排不開的情況下，可以先讓學生在計算機上進行仿真實驗，幫助理解知識，然后再到實驗室進行實際操作實驗，驗證理論結論和觀察實驗現象，最后發現問題分析問題。

（二）利用學校的Blackboard平臺進行“翻轉課堂”教學

老師提前把部分驗證性實驗的操作過程錄制成教學視頻，上傳到平臺。這樣，在學生學習完理論，還沒有能夠進入實驗室進行實驗操作時，已經能夠從平臺上看到整個實驗過程和實驗的實際現象，有助于對理論知識的理解，同時對剛開始接觸模擬電子線路實驗的學生起到很好的示范作用。到了設計性實驗部分，可以課前在平臺發布任務，指導學生進行資料搜集;課堂上抽取小組現場講解，同學之間進行討論，教師做指導點評;實驗完后再在平臺上討論實驗中出現的問題和收獲。利用平臺也可以很好地監測學生的學習過程，進而對考核機制進行改革，加大對實驗準備和操作過程的評價，不僅僅只看結果。

三、實驗教學內容中不能忽視的三個問題

實驗是對理論的檢驗，所以在實驗過程中非常有必要對概念或者實驗中易出現錯誤的地方闡述清楚。下面我們就看在實驗過程中容易出現錯誤的地方。

（一）反饋網絡的負載效應

負反饋放大器的性能測試與分析是模擬電子技術實驗中的一個很重要的驗證性實驗，該實驗的目的是驗證負反饋對放大器性能的影響以及負反饋放大器各項技術指標的測試方法。然而，很多實驗參考書中所采用的測量電路都存在概念性的錯誤。

首先應該給學生講清楚無反饋放大電路和基本放大電路的區別：基本放大電路的主要特點是在電路中引入了負反饋，但除此之外，由于負反饋的引入，使電路也隨之出現了以幾種影響： ①輸入信號從輸入端到輸出端，在這個過程中會涉及電路的放大，會對應相應的反饋網絡信息。②反饋信號從輸出端傳輸到輸入端，也實現了電路的放大和網絡的反饋。③反饋電路對輸入信號起到分壓及分流的作用。④反饋網絡也會干擾輸出信號，有分流及分壓的輕微影響。綜合來說，無反饋的放大電路沒有反饋電路的既定特點，也不存在反饋引起的各種影響。

根據負反饋放大器的分析方法，開環電壓放大倍數[Av]是指在負反饋放大器中取掉反饋信號，保留反饋網絡的負載效應時的電壓放大倍數。因此，在測量開環電壓放大倍數[Av]時，必須對反饋放大電路的輸入、輸出回路做相應的變換處理。由此在實驗過程中，必須考慮上述效應，而不是簡單地去掉或者加上反饋網絡。在下面的實驗圖1（說明：圖1、圖2中均未畫出負載部分，但實際實驗時必須有）中可以看到反饋網絡是由[Rf1]和[Rf2]支路組成的，常見的求開環[Av]的不精確做法有以下情況：①僅僅把開關S1斷開就可以了，認為去掉反饋就是開環狀態，這就是把上述的基本放大電路和無反饋放大電路的概念理解錯了。②把開關S1斷開，并且電阻[Rf2]左端通過導線接地。此種思路從放大電路的輸出回路來看，好像反饋網絡的負載效應已經考慮進去了，其實按照負反饋放大電路的放大分析，還應考慮[Rf1]在輸出端的負載效應，所以也是錯誤的。并且對于輸入回路來說，此種接法下只有[Rf1]的負載效應體現出來了，并沒有考慮[Rf2]的，這也是錯誤的。③把[Rf2]并聯在T1管的發射極等。所以，正確的方法是同時考慮反饋網絡在輸入回路和輸出回路的負載效應，即按照圖2進行開環放大倍數的計算。考慮反饋網絡在輸入回路的負載效應時，需在T1管的發射極與地之間并聯上[Rf2]支路（包括電容[Cf]）;考慮反饋網絡在輸出回路的負載效應時，需在輸出端并聯由[Rf1]和[Rf2]組成的串聯網絡。這樣測量的電壓放大倍數[Av]才是真正意義上的開環電壓放大倍數，與理論一致。

根據上述分析，實驗電路如圖2所示。測量開環電壓放大倍數時，將開關S1和A端同時接到B端，反饋網絡的負載效應就完全考慮進去了。測量閉環放大倍數時，將開關S1和B端同時接到A端即可。

該電路經過Multism實驗仿真驗證，結果表明圖1錯誤方法和圖2正確方法得到的結果差異非常小，如果是用實驗室實測電路來做，更難反映出來。因此，要給學生明確地講清楚原因，引起重視，避免概念的混亂。

（二） 運算放大器實驗中的注意事項

運算放大器實驗中，在講解和指導實驗的過程中，應著重強調以下幾點：（1）在實驗開始前要粗測運算放大器好壞，可以用萬用表的電阻檔來實現。測試時要注意，不要用小電阻檔，以免測試電流過大;也不要用大電阻檔，以免電壓過高損壞運放。（2）調零消除失調誤差，保證運放精度。（3）相位補償消除高頻自激。（4）要注意過載保護措施。使用運放時要注意，不能超過其性能參數的極限值，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） 運放同相端和反相端的電阻平衡對減小運放失調的重要性。

（三）實驗過程中放大電路干擾、噪聲抑制和自激振蕩的消除

作為典型的弱電系統，放大電路靈敏度很高，也使得其更容易受到外界和內部不規則信號的干擾。一些噪聲、干擾信息等會導致電路信號的觀察與測量有失準確，嚴重的情況下會破壞放大電路的工作系統。因此，我們必須重視干擾信息，積極抑制或者消除干擾元素，確保放大電路測量結果的真實與穩定。

1.把放大電路輸入短路，在放大電路輸出端可測量到一定的噪聲和干擾電壓。而這些干擾電壓的來源是變壓器或者交流線，此外電路周圍的電磁波信號也是常見的干擾因素。當前的實驗室對應的試驗臺運用分立元件連線的方式，容易受到外界的干擾。因此，實驗調試的過程中我們必須重點預防噪聲與干擾信息的抑制，變被動為主動，通過合理的電路連線，通過接地點的合理選取，將干擾影響降到最小。

2.自激振蕩的消除

自激振蕩的頻率對應的數值處于兩極狀態，要么極高，要么極低，頻率也伴隨放大電路的元件參數而變化，稍微小的連接導線的撥動也會導致頻率的變化。而高頻振蕩產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定。可以嘗試用1000PF左右的電容分別接地及管子的輸入端，找到抑制震蕩的關鍵點，在此處外接一個合適的電阻電容或單一電容，開展高頻濾波或者負反饋實驗，以此實現放大電路高頻信號的減壓，或者移動高頻電壓的相位達到高頻震蕩抑制的目的。而與高頻震蕩對應的是低頻震蕩，其產生主因是各級放大電路共享一個直流電源，最有效也是最常用的解決辦法則是在各級放大電路之間增加“去耦電路”R和C。

四、結語

教師應該通過教學實踐不斷發現新的問題，研究新的方法，以適應學生學習的需要。本文對模擬電子線路實驗教學過程和實驗教學內容出現的眾多問題進行了分析。作為教師，既要不斷隨著學生群體的特點改革教學方法、教學模式來提高學生學習興趣和取得好的教學效果，培養學生的實踐能力、創新能力，同時更要加強對于教學內容的不斷探索和深化。

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[責任編輯：鐘 嵐]