基于面包板的電路分析基礎實踐教學方案

李翔宇 葛辰虹

摘 要：本文介紹了一種靈活而有趣的《電路分析基礎》實踐教學的創意實驗解決方案。在面包板的基礎上，結合各類電路模塊來進行電路的傳統實驗及創意實驗，從而實現了不依賴于實驗室的實驗學習方案，增加了學生動手機會，豐富學生的電路實踐經驗。

關鍵詞：面包板;電路模塊;電路分析基礎;實踐教學

中圖分類號：G642.423 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1006-3315（2019）01-167-001

《電路分析基礎》是所有電子類專業的入門課程，屬于專業基礎必修課。該課程的實踐有效性對后續專業課程有深遠影響。以往單純實驗箱驗證實驗無法積極調動學生的動手能力，使得學生不能看到電路課程的重要性與樂趣。故結合國內外在電路基礎課程的各類教學方式優點，確定了以面包板為實踐平臺的電路分析教學方案，為《電路分析基礎》課程注入了樂趣與扎實的實踐技能鍛煉。

1.基于面包板的電路基礎實踐教學硬件方案設計

本設計基于常見的市售面包板，硬件方案的組成建立在面包板之上，主要包含基礎配備模塊、實驗耗材模塊、萬用表及筆記本電腦。硬件方案組成框圖如圖1所示。

基礎配備模塊部分主要包含兩種模塊：①USB接口可調直流電源模塊，供電可以來自充電寶或常見USB電源適配器;②信號源模塊，可以方便的產生實驗所需要的正弦、方波及三角波信號。及必備的萬用表及面包板。以上模塊需具備電路原理簡單，便于學習與分析，如555方波發生模塊，XR2206外圍電路較簡單。電源模塊具備防短路及調壓作用，充電寶供電可減少開關電源適配器帶來的噪聲。

本方案為解決在實驗室外進行實驗的困難，采用了安裝有PC示波器及PC信號源軟件的電腦，通過音頻線來對面包板電路的信號進行測試與輸出。對于條件較好的學校，還可出借數字示波器。

實驗室教學實驗設備為在實驗室時所需要的基礎設備，教師可根據實驗安排靈活添減設備，來不斷豐富基于面包板的模塊化電路實驗。

實驗耗材包含三個大類：①常用元器件包，元器件包十分靈活，可根據需要任意加減。比如本方案以電路基礎為主，可通過添加LED、直流電機、紅外接收管及555集成電路等，來豐富實驗的內容與種類，讓電路分析基礎實驗不僅可以分析，還可以運用起來組成實用電路來讓學生體會電路設計與創造的樂趣;②常用傳感器模塊，電子設備的智能化首先要依靠傳感器提供的數據，因此添加了該傳感器模塊。當然，最好結合單片機開發板一起是最優的辦法;③經典電路模塊，比如運放電路、三極管共射放大器等經典電路，可以用來進行分析、驗證與測試實驗。比起實驗箱，模塊化后的經典電路讓學生注意力更集中。

最后要指出的是，采用電路模塊進行實驗的另一個好處是網上有許多模塊可供購買，十分方便。可以根據需要進行擴展實驗。

2.基于面包板的電路分析基礎實踐教學內容設計

基于面包板的電路實踐教學的最大優勢就是靈活，方便。因此教師可以根據自身的需求來設計實驗，以下通過一個已實踐過的例子來說明。

該設計主要分為以下幾個部分：

（1）電路基礎技能，通過學習萬用表，并在面包板搭建電路來進行電壓、電流及模塊的熟悉，奠定電路實驗基礎技能;傳統電路項目，伴隨著《電路分析基礎》課程的內容，進行基爾霍夫定律、疊加定理等電路的分析，并在面包板上去進行驗證，來鍛煉學生分析與動手能力，在實踐中促進對理論知識的消化;

（2）電容充放電的觀察：通過電容充放電對LED及RGB LED亮度的影響，來認識一階RC電路的零狀態響應;

（3）三極管的直流放大作用：學習三極管的直流偏置及其電流控制作用，電路在有了二極管、三極管后才變得更加豐富，因此務必增加該部分內容;

（4）小夜燈的制作：小夜燈包含三極管電路的設置及光敏電阻，有趣也具有很好的分析示范作用;

（5）示波器與信號源的使用：先進行模擬示波器的教學后進行數字示波器的教學，這樣可以更好的理解示波器各個按鈕及作用。

（6）音頻信號測試：面包板上搭建簡單的話筒電路來測試話音模擬信號十分有趣，同時也教會學生模擬信號的意思;而生日歌芯片可以看到聲音與信號頻率、數字方波的關系;

（7）集成電路的搭建：通過NE555芯片組成的呼吸燈電路和LM358組成的放大電路，可以為學生使用芯片打下一定的基礎;

（8）語音信號傳聲電路實踐：搭建一個通過話筒獲取聲音，然后經過放大再從耳機里還原出聲音的小型系統電路，讓學生體會到電路的作用，也為模擬電路打開了一扇大門。

該教學設計不僅考慮了電路分析基礎所必需的基礎分析實驗，還增加了半導體器件來豐富實驗內容，特別是實驗有可見實驗現象，對初學者有不錯的激勵作用。實驗內容可采取部分在實驗室由教師引導進行，其它由學生在宿舍等地自行實驗，讓學生更多的去自我探索與實踐。

3.結論

本文所述的基于面包板的電路分析基礎實踐教學方案，為電路分析課程帶來新鮮的活力。結合電路模塊讓實驗煥發出它獨有的魅力，吸收了“口袋實驗室”的教學理念，融會了我國電路分析基礎教學的實際與需求。經過多年的教學實踐效果良好，這應當是新時期電路實踐教學極具有潛力的發展方向之一。

參考文獻：

[1]李瀚蓀.電路分析基礎（第五版）[M]北京：高等教育出版社，2017

[2]楊欣，胡文錦，張延強.實例解讀模擬電子技術完全學習與應用[M]電子工業出版社，2013