模擬電路實訓課程的創新與實踐

敬奕艷

（深圳技術大學新材料與新能源學院 廣東·深圳 518118）

0 引言

“模擬電子技術”是電子信息、計算機和自動化等工科專業的基礎課，是一門公認的比較難學的課程。[1-3]它的難主要體現在兩方面：一是學生在理論學習時覺得知識點多，雜，難以理解；二是學生動手實踐時，不知從何入手，不能將理論知識運用起來。[4-6]學生學完課程，通過了考試，很快就忘記了大部分所學內容，沒有真正弄明白知識的用途，更談不上進行實際的電路設計。[7-8]

為了改善這種狀況，很多大學已經進行了多種嘗試，比如提高“模擬電子技術”配套實驗課的學時，豐富實驗內容，適當提高實驗難度；或將一部分實驗學時用于電路仿真軟件的學習和使用，希望學生通過電路仿真來幫助理解枯燥的理論知識。這些嘗試都有一定的好處，但距離真正利用模電知識去設計調試簡單電路，還有一些差距。我們希望學生在學習完模電知識后，能真正運用起來，或者部分學生有志于以后參加一些電子類競賽，針對這些需求，我們需要開設一門模擬電路實訓課程。

本文進行一種模擬電路實訓課程的培養目標、內容設置和開展形式等方面的探索與研究，力求形成一個可操作性強、與實際電子工程師工作密切相關、與“模擬電子技術”課程密切相關、能讓學生加深對理論知識的理解、能補充實驗課不足、難易程度適中的模擬電路實訓課程。將常用電子儀器的操作，常用電子元件的辨識，一些簡單電路模塊的理解運用，工程師應具備的細致嚴謹的工作態度，根據故障分析和解決問題等內容，有機地融入到一個實訓項目中，以企業里電子工程師的工作步驟來進行一個實訓，讓學生收獲一種“啟蒙”的效果。

1 實訓電路板設計

本模擬電路實訓課程的培養目標是讓學生掌握小型電子產品中一些常見的電路單元和模塊的組成、原理、測試和調試方法，學習運用示波器、萬用表排除簡單故障，以后能夠將這些電路單元靈活地運用于自己的電路設計中。

結合實訓目標、難度和學生的參與興趣，我們選取了“音頻功率放大”和“耳機功率放大”作為主要電路模塊，設計了一塊實訓電路板，包含：直流電壓轉換（線性方式和開關方式）、場效應管、三極管、整流二極管、穩壓二極管、發光二極管、運算放大器、LC濾波、RC濾波等電路模塊和單元。原理圖和印制電路板的設計都非常規范，因為設計文檔在實訓中會提供給學生，力求讓學生感受到一種嚴謹、準確、美觀的工作要求，也便于將來學生在自主設計電路時作為參考。電路板主要采用貼片元件，阻容之類的元件主要采用0603封裝，既貼近實際產品開發，也考慮到學生初次接觸焊接的接受能力。元件和位號排布非常整齊，元件之間留有間隔，便于學生練習焊接和拆焊。電路關鍵處留有測試點，便于學生按要求測試相關點。各功能模塊處印有絲印，指明其功能。

2 教學內容安排

本實訓課程采用了“逆向”的教學安排，不同于其它實訓提供一塊空電路板給學生，而是直接將貼好元件的完整電路板發給學生，每個學生一塊電路板，獨立完成實訓。整個課程時間為連續的4天，每天8學時。教師的講解用PPT和板書相結合的方式。

2.1 認識電路板和元器件（2學時）

教師下發完好的電路板和紙質電路原理圖，讓學生進行對照，然后教師講解印制電路板知識、電子元件封裝、讀值和基本作用等內容，然后再讓學生對照電路板和原理圖，在此基礎上，教師講解如何去看一張電路圖，以及畫電路圖的一些規范和注意事項。

2.2 電路板上電前檢查和常用測量儀器的使用（2學時）

教師講解和演示數字示波器、萬用表、直流穩壓電源等儀器的基本使用方法，主要講解實訓中需要用到的基本操作。教師講解電路板通電前需要做的準備工作，包括大致了解電路功能，檢查關鍵供電是否對地短路，觀察電路板是否有損壞痕跡，工作臺面是否清潔等。學生經過仔細檢測后，將電路板通電，首先測量幾處關鍵點電壓，確定電路基本正常工作，然后接上音頻輸入信號和喇叭，直觀感受放大后的聲音。按要求測試和保存若干關鍵點的電壓數據和波形。待學生完成測試后，教師下發一份正確的電壓數據和波形表，學生將二者進行對照，看自己測試是否有誤，波形的數據標注和展示是否合適。

2.3 學習和練習拆焊（4學時）

教師介紹焊接工具和材料的使用方法。著重講解和示范如何焊接和拆焊一個0603封裝的元件和一個SOP封裝的芯片。先發練習板和元件給學生練習，待較為熟練后，學生開始拆焊實訓電路板。除了0603封裝的小元件外，要求學生逐個記錄和保存拆下來的元件，這些元件原則上不再提供，而0603封裝的元件后續需要學生從料盒取料。學生要注意保護焊盤和銅箔，全部拆除后，用洗板水清洗空板，并將空板和元件交給教師檢查和記錄，教師要檢查焊盤和銅箔是否有損壞，還能否補救。

2.4 練習焊接（6學時）

教師下發一份實訓電路板物料清單（BOM），學生需要復原整塊電路板。整個過程要求學生細致，有耐心。復原后，學生將電路板交給老師檢查和記錄。

2.5 講解電路原理和調試方法（8學時）

這個部分是整個課程的重點，主要是教師講解加學生提問。在此前的環節，學生已經對電子元件和一些關鍵點的數據和波形有了一定了解，在這個講解部分，會較多地結合這些“表象”來說明內在的原理，讓學生加深理解。講電路原理是將實訓電路板電原理圖與模擬電路相關知識點對應起來，從原理到應用，讓學生掌握一些常用電路單元，學習根據需求設計電路。講電路調試方法，電路調試是前面幾個環節學習和練習的全部內容的一個綜合，讓學生了解一般電路調試的方向：順著供電從主干到支路的走向，順著信號從輸入到輸出的走向，找到問題所在。進行電路調試需要先對電路的原理有一定了解，通過主觀地觀察現象，客觀地測量電壓、測試波形，運用焊接和拆焊工具，對電路連接關系、元件取值進行修改和調整，最終達到所需實現的功能和性能指標。

2.6 電路板重新上電、檢測和調試（8學時）

在學習了電路板各部分原理和電路調試方法后，學生對實訓電路板再做一次上電前檢測，如未發現問題，可上電，重復第二部分上電后的所有操作，從直觀感受和測試兩方面來檢驗電路是否正常工作。如有發現不正常的地方，學生需利用所學到的知識來調試電路；如果上電前檢測有問題，需要先排除問題，再通電。在這個部分，教師可給予部分有需要的學生一些指導。學生也可根據自己對電路的學習理解，改動電路參數，來觀察或測試電路發生的變化。因為學生都是初次焊接和調試電路，這塊實訓電路板的電路模塊較多，學生在拆焊和復原的過程中，幾乎沒有可能做到無故障，而且少數學生會出現較多錯漏，需要排查的問題很多。

最后，教師要逐個檢查電路板，記錄最終狀態，作為學生實訓成績的一個重要部分。

2.7 師生共同總結（2學時）

教師提前在課下做好實訓總結，將整個過程中發現的學生操作不當、失誤等共性問題提出來，給學生加深印象；對于電路板調試過程中的一些典型現象進行總結，給出解決思路。學生可以提出疑問，給出意見和建議等。

2.8 學生撰寫實訓總結報告（課外）

實訓報告的重點內容是兩次上電測試的關鍵點電壓數據和波形以及二者的對比說明，實訓中遇到和解決的問題，要求學生著重敘述在實訓中的具體收獲，并對教學內容難度、教授方式等提出自己的意見和建議。

3 實訓效果總結和后續改進

從實訓課的信息反饋來看，絕大部分學生能很好地理解和完成實訓任務，學會了數字示波器等儀器的基本操作，掌握了焊接和拆焊的要領，通過數據和波形的比較能排除一些簡單故障。有少數學生因為粗心大意或焊接不良，導致復原后的電路板有很多問題，以致調試難度非常大，他們很深刻地認識到了工作中需要細致嚴謹的態度，否則給自己帶來意想不到的麻煩。

學生反饋的總體難點在于部分電路單元的原理不好理解，這需要教師從內容組織上著手，加強困難部分的講解力度，增加對波形和數據的分析和對直觀現象的解讀，多利用板書，讓學生的思路容易跟上老師的講解。在第一次實訓完成后，本人結合學生的實際表現和實訓總結報告中提出的意見和建議，對實訓操作指引，配套的PPT教學材料和課時安排都進行了修改和優化，今后也將不斷地根據教學情況進行改進，對實訓電路板本身也是如此。

本實訓課采用“逆向”的教學安排，是受到電子工程師實際工作過程的啟發，尤其是初入門的工程師，他們往往經驗尚淺，排查故障主要依靠好板與壞板的對比，比較現象、電壓值和波形等?！澳嫦颉狈绞娇梢詫嶋H電路調試需要掌握的各種技能很好地安排到實訓中，從拆除到復原的過程中，如果學生粗心大意，就可能出現很多問題，這能讓學生深刻體會認真細致的重要性，也正好讓學生有分析解決問題的機會，在這個過程中學習，知識會掌握得更牢固。

本實訓課程還可以擴展內容，增加基礎的電路原理圖和印制電路板繪制內容。在實訓課結束之后，給學生布置小的電路設計任務，在課余時間完成設計和實物調試。