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模擬電子技術基礎課程中的技術思想與方法及其教育價值

2024-05-29 22:29:24李鴻吳梅青
高教學刊 2024年15期

李鴻 吳梅青

摘? 要:技術類課程中蘊含諸多不同層面的的技術思想和方法,目前教學中尚未引起廣大師生的重視,導致學生技術理解和應用的能力不強、技術素養不高。運用列舉、歸納、綜合的方法對模擬電子技術基礎中蘊含的諸多不同層面的模擬電子技術思想和方法進行挖掘和分類概述,對教育價值進行分析。研究表明這些技術思想和方法是模擬電子技術基礎的重要內容,是學生深入認識和理解、掌握和運用模擬電子技術的關鍵。積極挖掘并有效融入教學過程,可以提高學生模擬電子技術理解和應用能力,提升技術素養。

關鍵詞:模擬電子技術;技術思想和方法;電子器件;放大電路;電路分析和設計

中圖分類號:G642? ? ? ? 文獻標志碼:A? ? ? ? ? 文章編號:2096-000X(2024)15-0097-07

Abstract: Technical courses contain many technical ideas and methods at different levels, and at present, they have not attracted the attention of teachers and students in teaching, resulting in students' ability of technical understanding and application is not strong, and the technical literacy is not high. This paper uses the method of listing, induction and synthesis to excavate and classify the ideas and methods of analog electronic technology of many different levels contained in Foundation of Analog Electronic Technology, and analyzes the value of education. The research shows that these technical ideas and methods are the important content of Foundation of Analog Electronic Technology, and are the key for students to deeply understand, master and apply analog electronic technology. The study actively explores and effectively integrates into the teaching process, which can improve students' ability to understand and apply simulation electronic technology, and improve their technical literacy.

Keywords: Foundation of Analog Electronic Technology; technological ideas and methods; electron device; amplifier circuit; circuit analysis and designs

模擬電子技術基礎(以下簡稱“模電”)作為一門重要的專業技術基礎課,介紹了主要模擬器件的內部結構、工作機理及外特性,主要模擬電路的構成、工作原理、分析和設計的方法[1]。課程內容豐富,前后聯系緊密,那些看似枯燥的結構、機理、方法中蘊含著諸多不同層面的技術思想和方法。這些技術思想和方法揭示了模擬電子技術的本質,揭露了模擬電子技術學習的規律,體現了模擬電子技術的思維特點,是模電教學的精髓,是理解和應用模擬電子技術的關鍵。

一? 哲學層面的技術思想和方法

哲學層面的技術思想和方法主要源自模擬電子技術的本質與特征,蘊含在模擬器件、模擬電路的組成結構、工作機理及外特性中,抽象概括程度非常高,具有世界觀或方法論涵義,對人們認識和理解、分析和解決模擬電子技術問題起宏觀指導的作用。

(一)? 現象和本質

本質是事物的根本性質,是構成事物諸要素之間的內在聯系,決定事物性質和發展趨向,現象是事物的外部聯系和表面特征,是事物本質的外在表現[2]。模電中,現象和本質的思想和方法體現在對器件內部結構、工作機理、性能參數的認識,對電路結構形式、性能指標、功能實現復雜多樣的理解等方面。如對二極管單向導電性的認識,二極管內部特殊PN結結構是其單向導電性的內在根本,正偏導通、反偏截止只是單向導電性的外在表現;對晶體三極管電流放大作用的認識,從現象上看給三極管提供合適的靜態偏置電壓即可實現正常的電流放大,但電流放大作用的內在根本是三極管特殊的內部結構及構成材料;放大電路實現對微小變化輸入信號的放大,其本質是實現了能量的控制和轉換,將電路中直流電源的能量轉換成被放大輸出信號增加的能量;從現象上看,同一放大電路對不同頻率輸入信號的放大存在差異,環境溫度變化時放大能力也會發生變化,根本原因是三極管電容效應的存在及溫度變化引起參數的改變;模擬電子電路形式復雜多變,但深入分析會發現,任何復雜的電路本質上都是由若干基本電路按照一定的規律組成的,抓住模擬電路的實質,掌握關鍵的基本電路,任何復雜電路都可迎刃而解。現象和本質的思想和方法啟示我們對模擬電子技術的認識不能停留在只看現象的表面,必須通過對紛繁復雜現象的分析達到對其本質的認識,通過科學研究揭示其本質,把握住了不變的本質后,再來認識多變的現象就容易多了。深入分析現象,透過現象探究機理、達到對本質規律的認識,掌握規律并應用規律,就能真正認識、理解、掌握模擬電子技術。

(二)? 內因和外因

內因是事物發展變化的根本,外因是事物發展變化的條件,外因通過內因而起作用[3]。模擬電子技術中,電子器件、電子電路的性能表現、功能實現無不體現內、外因相互作用的原理,如晶體三極管(場效應管)電流放大就是內、外因相互作用的集中體現。三極管內部結構及材料摻雜濃度等工藝因素是其電流放大作用的內在根本,是內因,起決定作用;具有合適的靜態偏置電壓提供合適的靜態工作點,是三極管電流放大作用的外在條件,是外因,兩者具備,三極管才能正常放大。

(三)? 共性和個性

共性即事物的普遍性,個性即事物的特殊性,共性決定事物的基本性質,個性揭示事物之間的差異性,兩者互相交融,辯證統一,不可分割[2]。模電中,共性和個性的思想和方法體現在器件的內部結構和電路的組成結構、性能表現、功能實現等方面。如晶體二極管都是由半導體材料制成,具有單向導電性,但半導體材料、結構、制作工藝的細微差別,會造就整流、穩壓、限幅等不同種類、不同功能的二極管,即便是相同應用領域的二極管,工作電流、擊穿電壓、工作頻率和耗散功率等參數也會不一樣[4]。三極管和場效應管同為放大器件,實現電流放大,但兩者的結構和工作原理不一樣。三極管是電流控制器件,場效應管是電壓控制器件,后者工作效率較高,受溫度影響較小,容易集成,應用更廣。基本放大電路有共射、共集、共基(或共源、共柵、共漏)三種基本組態,不同組態基本電路的工作原理、分析方法相通,但主要性能指標各有特點,都有其適合的條件和場合[5]。比例、加法、減法、積分和微分等模擬運算電路都是由運算放大器基于理想運放“虛短”和“虛斷”的特征,通過調節負反饋深度組成的,但實現的運算功能不一樣。共性和個性的思想和方法啟示我們,對模擬電子技術的認識、技術問題的處理,不但要關注器件、電路的共性,尤其要研究其個性,務必掌握共性和個性這兩個方面的相互聯結,才能有深刻而全面的認識和恰當的處理。

(四)? 結構和功能

結構是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列,結構是性能、功能的基礎,決定事物的性能發揮、功能實現,性能、功能是結構的表現。在模擬電子技術中,電阻、電容、電感、二極管、三極管、場效應管、晶振和集成運放等電子元器件組成結構是不相同的,各自的性能及能實現的電路功能不一樣。如電阻分壓限流,而三極管、場效應管實現電流放大。同一種元器件也存在不同材料和結構及制作工藝的差別,實現不同的功能,如二極管中點接觸型結面積小,結電容小,用于高頻檢波和小電流整流,面接觸型結面積大,結電容大,用于工頻大電流整流,相同應用領域的二極管工作電流、擊穿電壓等具體參數也千差萬別[4]。由晶體三極管構成的基本放大電路有共射、共集、共基三種組態,共射放大電路能很好地放大電壓和電流;共集放大電路只有電流放大作用,沒有電壓放大,有電壓跟隨作用;共基放大電路只有電壓放大作用,沒有電流放大,有電流跟隨作用[6]。集成運放是一種高增益、高輸入、高輸出電阻的直接耦合放大器,當利用負反饋技術、外接不同的線性反饋元件時,可構成比例、加法、減法、積分和微分等實現完全不一樣功能的運算電路。總之,掌握了結構和性能、功能的思想和方法,就能更好地理解模擬電子技術中電子器件、電子電路組成結構的復雜性、性能指標功能實現的多樣性。

(五)? 整體和部分

模擬電子技術中,一個實用的電子電路或系統都是由若干元器件或基本單元電路組成、實現一定功能的有機整體,電路組成結構、整體功能的實現、各組成部分作用的發揮充分體現了整體和部分的辯證思想。如正弦波振蕩器由放大電路、選頻網絡、反饋網絡和穩幅環節四個部分組成,分別完成起振、選頻、放大和穩幅功能,協調配合實現一定頻率、幅度的正弦信號輸出這一整體功能[7]。集成運算放大器中,輸入級選用差分放大電路,有效抑制零點漂移和共模干擾,中間級采用共射放大電路,以獲得足夠高的電壓增益,對信號進行有效放大,輸出級采用互補對稱輸出電路,以獲得最大不失真輸出電壓和最強的帶負載能力。同時,采用電流源電路設置各級放大電路的靜態工作點,確保各級電路工作的穩定[5],多方協同發揮自身作用,保證信號不失真放大這一整體功能的實現。電路的設計也是從整體基本設計要求出發,到各部分作用的發揮,再回到整體基本設計要求的實現。如設計放大電路,需要知道輸入電阻、輸出電阻、電壓放大倍數等基本設計要求,然后根據基本設計要求考慮電路的組成結構。如要求較高的輸入電阻,往往需要采用場效應管放大電路;如果輸出電阻要求較低,通常要采用電壓跟隨器電路;而較高的電壓放大倍數則需要采用多級共發射級放大電路級聯或者采用共發射級有源負載放大電路。教學中,應立足整體,把握電路總體性能發揮和功能實現,同時,統顧全局,重視各組成部分的作用,重視關鍵部分對整體的影響及決定作用,搞好局部,用局部的優化推動整體的完善,實現整體最優目標。

(六)? 對立和統一

模擬電子技術中,電子電路各方面的性能、功能相互聯系、相互制約,通常在采取某種措施改善電路某一性能時,會影響到其他性能。如放大電路中引入負反饋,加大反饋深度,可提高增益穩定性、減小非線性失真、展寬頻帶、改善輸入輸出電阻[8],但也會降低增益,甚至產生自激。多級放大電路中,放大倍數和帶寬的乘積是常數,經放大,信號的幅值得到明顯改善,但同時頻帶寬度變窄,頻率響應變差[9]。減小集電極電流,可降低直流電源的損耗,提高甲類功率放大電路的效率,但同時電路的輸出會伴隨嚴重的截止失真。這些相互制約、相互影響的問題深刻反映了事物運動中對立與統一的基本規律,體現了凡事“有一利,必有一弊”,這在模擬電子技術中也不例外。教學中,我們要用對立統一的思想和方法、用矛盾的觀點來辯證地看待電子電路性能的這種相互影響和制約,洞悉“有一利,必有一弊”,堅持問題導向、強化問題意識,抓住主要矛盾、把握矛盾主要方面,在解決矛盾的過程中深入理解模擬電子技術的本質。

(七)? 具體問題具體分析

具體問題具體分析就是要在矛盾普遍性原理的指導下,具體分析矛盾的特殊性,找出解決矛盾的方法。如要求輸入電阻較高,可采用場效應管放大電路,輸出電阻較低,可采用電壓跟隨器;要求電壓增益較高,可采用多級共射放大電路或共發射極有源負載放大電路[10]。輸入信號頻率較低,對頻帶寬度無要求,可用共發射極放大電路;在高頻情況下,要求頻帶較寬,選用共基極放大電路,要求帶負載能力較強,選用共集電極放大電路[11]。要抑制零點漂移,用差分放大電路,為獲得足夠的信號放大,用多級放大電路,為保證多級放大各級靜態工作點的相互獨立,用阻容耦合的方式,為保證多級放大電路能放大任意頻段(低至直流)信號,用直接耦合的多級放大電路。總之,每一種電子電路都有其適用的條件或場合,同一個器件,同一種電路形態,在不同的場合其作用和效果也往往大不一樣[12]。教學中,我們要引導學生具體問題具體分析,根據實際問題的特點和需求來確定電路形式和處理方法,選擇放大器件、放大電路,對它們的分析和處理也應采取不同的出發點和入手點。

二? 一般意義上的技術思想和方法

主要蘊含在模擬電子電路的分析、設計、應用中,具有較高的抽象概括性、一定的方法可見度、一般的技術活動普遍適用。

(一)? 流程

流程是一項活動或行為進行的程序,科學合理地安排和設計流程可以指導活動組織、規范行為,使活動或行為有序而高效。模擬電子電路的分析和設計遵循一定的程序或步驟,體現了流程的思想和方法。如三極管放大電路的圖解分析和微變等效電路分析,都是按照動靜分離、先靜后動的一個程序,先確定靜態參數,判斷電路是否具備合適的靜態工作點,然后分析非線性失真及最大不失真輸出功率等動態指標,或進行電路增益、輸入輸出電阻等動態指標的計算[13],對 MOSFET放大電路分析也同樣如此。模擬電子電路的設計一般都是按照設計論證總體方案、設計單元電路、確定單元電路間的連接方法、繪制總體電路草圖、關鍵電路試驗、EDA仿真和繪制正式的總體電路圖等程序或步驟來進行[14]。

(二)? 權衡比較

權衡的思想和方法是人們做出理智和最優選擇的保證。凡事“有一利,必有一弊”,模擬電子技術也不例外,從分析、設計到調試、檢測,模擬電子電路多方面的性能相互影響、相互制約。如放大電路中引入負反饋可獲得增益穩定性的提高、更寬的通頻帶、更好的線性特性,改善輸入輸出電阻,穩定輸出電壓或電流等,但也會引起電流或電壓增益的下降,甚至產生自激,所以電路中負反饋的引入應權衡利弊,引入應適當[8];多級放大電路中,放大倍數和帶寬的乘積是常數,經放大,信號的幅值雖然得到明顯的改善,但同時頻帶寬度下降,頻率響應變差,所以信號的多級放大由幾級放大完成,還得考慮增益帶寬積[9];通過減小集電極電流,降低直流電源的損耗,可提高甲類功率放大電路的效率,但同時應考慮電路的輸出可能會伴隨嚴重的截止失真的產生;為提高電路的穩定性,電路設計時,盡量考慮使用集成元器件,在保證性能得以滿足時,要考慮降低電路的造價,選用通用型元器件能實現的,就不用專用型元器件,遇到高溫等特殊應用的場合,需要考慮電路的散熱、熱穩定性等因素[10]。上述電路性能間的相互影響和制約,充分體現了模擬電子技術權衡的技術思想和方法,啟示我們必須辯證地看待洞悉“有一利,必有一弊”,科學認識矛盾,正確處理矛盾;堅持適度原則,綜合評估電路性能,權衡利弊,折中選取電路參數,以滿足實際需求、實現整體目標最優化。

(三)? 優化

優化是指在給定條件(或約束條件)下,根據優化目標,采取一定的手段和方法,使系統的目標值達到最大化(或最小化),不同的目標對應不同的優化結果[15],模擬電子技術中,電路結構的改進、性能的完善無不體現了優化的思想和方法。如最初的基本共射放大電路采用雙電源(VCC、VBB)直接耦合的電路結構,VCC、VBB與 Rc、Rb配合,為三極管提供合適的偏置電壓,使之工作在放大區。但輸入信號ui在Rb上的信號壓降影響了電路的放大性能,且信號源與放大電路“不共地”。于是改進為單電源阻容耦合共射放大電路,改進后的電路還是不能解決由溫度變化引起三極管參數變化造成的靜態工作點的不穩定。于是電路又改進為分壓式偏置阻容耦合放大電路,一方面通過基極電阻分壓保持基極電位VB基本不變,另一方面通過發射極電阻RE引入負反饋,通過Re上產生的電壓變化來影響三極管b-e間的壓降,使基極電流向相反的方向變化,達到穩定靜態工作點[16],實現電路的自我調節和穩定。功放電路從甲類功放到乙類互補對稱功放,再到甲乙類互補對稱功放,電路結構不斷改進,工作效率大幅提高,交越失真也有效消除;最初的差分放大電路是由含相同特性三極管的兩組共射放大電路組成的對稱電路,兩邊各帶有一個發射極電阻,為提高差模增益,改進為共用一個發射極電阻的對稱電路,為方便調節靜態工作點,提高抗干擾能力,優化為長尾式差分放大電路,為抑制單端輸出時的共模增益,進一步優化為帶恒流源的差分放大電路[17]。電路結構的改進、性能的完善是模電教學的重要核心內容,把握優化的思想和方法是掌握這一重要核心內容的重要基礎。

(四)? 控制

控制即把持,指控制主體按照給定的條件和目標,對控制客體施加影響的過程和行為[18],控制的思想和方法蘊含在電子器件的工作機理、電子電路的工作原理中。如放大電路中的三極管通過輸入電流控制輸出電流,場效應管通過輸入電壓控制輸出電流,放大電路就是一個受輸入信號控制的能量轉換器,將直流電源的能量轉換成輸出信號的能量實現信號放大。反饋是電子技術領域常用的一種控制手段,普遍存在于模擬電子電路中,通過將電路的輸出返回到輸入,并以某種方式改變輸入,從而對整體輸出產生作用,實現電路的自我調節和穩定。如引入負反饋可獲得靜態工作點的穩定、增益穩定性的提高,擴展頻帶,減小非線性失真,改變輸入電阻與輸出電阻等[8]。

三? 具體層面的技術思想和方法

較低的抽象概括性,從屬于各專業技術學科范疇,表現為具體的操作方法,側重為人們的技術實踐提供方法要領的指導。

(一)? 定性分析、定量估算

模電中的定性分析主要是搞清楚電路的基本結構和功能、判斷其性能特點,如放大電路的圖解分析法就屬于定性分析,定量估算主要是求解電路對應的性能指標,如電壓增益、輸出功率和效率[19],允許有誤差。模擬電路雖然控制方便、工作靈敏、響應迅速,但結構多變,交直流信號并存,電流電壓等變量間的關系復雜,器件性能、電路的穩定受信號頻率、環境溫度、電源電壓變化或波動的影響大。因此,很難對電路作出精準分析和精確計算,許多問題的處理都是采用理論上的定性分析、工程上的定量估算。如分析共射放大電路時,集電極電流與發射極電流近似看作相等[9];求解分壓式偏置共射放大電路靜態工作點時,考慮到基極電流很小,可忽略其在基極節點電流中的影響,視基極偏置電阻Rb1和Rb2為串聯,基極電位VB就等于電阻Rb1、Rb2對電源VCC的分壓,這種近似方法簡便快捷,基本上不影響結果的正確性[20];在深度負反饋放大電路中,利用AF遠大于1,Af=A/(1+AF)近似等效為Af≈1/F,求解閉環電壓放大倍數[21],如果采用微變等效電路進行閉環電壓放大倍數的計算,會變得很復雜。此外,研究功放電路的功耗時,忽略輸入回路,只考慮輸出回路中的能耗,不影響整個電路的功耗問題。模擬電子技術的非線性、復雜性、工程性特點決定了電路的分析和計算很難做到理論分析的精準和計算結果的精確,一般為定性分析和工程上的定量估算,在基本性能指標、實際需要滿足的前提下,容許一定的誤差存在。也就是說電路的分析和計算要從實際出發,抓主要矛盾,用工程的觀點、在允許的誤差范圍內,可以進行合理的“忽略”與“近似”及“等效”,將復雜問題進行簡化。

(二)? 合理建模、化繁為簡

模擬電子電路都是以非線性的晶體二極管、三極管、場效應管及集成運放為核心構成的非線性電路,電流、電壓等變量間的關系復雜,對電路進行直接的分析和計算難度很大。為此,抓住這些核心器件在不同工作條件、工作狀態下的主要電磁過程及特性,忽略其次要過程、次要特性,從實際出發,將實際器件簡化為某種理想電路元件或幾種理想電路元件的組合,建立其線性等效電路模型[22],化非線性電路為線性電路、復雜電路為簡單電路。如根據二極管工作條件和性能表現建立二極管理想模型、恒壓降模型、折線模型或小信號模型替代實際電路中的二極管,將含二極管的非線性電子電路等效簡化為線性電路;在交流小信號條件下,建立三極管微變等效電路模型,將含三極管的非線性放大電路等效成含受控源的線性放大電路,利用線性電路的定理、定律來近似分析求解。此外,三極管混合型高頻等效電路、場效應管等效電路、石英晶體等效電路,實際集成運放的理想集成運放模型也都是三極管、場效應管、石英晶體和集成運放在特定工作條件、工作狀態下根據其主要外特性通過合理的近似而建立的等效電路模型。

抓主要矛盾、合理建模、化繁為簡的思想和方法有效突出了電子器件和電路的主要工作特性,排除了次要特性因素的干擾,使實際電路的電氣特性或過程得到簡化或理想化,同時其結果也較好地與實際相符,是模擬電子技術首要的、基本的分析方法。

(三)? 動靜分離、先靜后動

模擬電子技術中,合適的直流工作狀態是電路交流工作狀態的前提和基礎。模擬電子技術中,電路交、直流信號共存的復雜狀況,采用了“動靜分離、先靜后動”的分析方法。將交流信號和直流信號分開進行分析、計算,在放大電路的直流通道中求解靜態工作點,采用微變等效電路分析的方法,在交流通道中計算動態技術指標。如此分析處理后化難為易,學生可以直接利用電路中直流電路和交流電路的相關知識分別進行求解,最后將求得的直流量和交流量疊加即得電路在交直流信號共同作用下的結果[23]。

(四)? 圖解分析

圖解分析法是模擬電子電路分析的一種重要方法,其利用非線性器件的電氣特性曲線通過作圖來分析電路的工作情況。模電中圖解分析法常用于分析三極管放大電路,通過在三極管的輸出特性曲線平面上作出直流負載線確定靜態工作點,作出交流負載線求解最大不失真輸出電壓。圖解法屬于近似解法,精度不高,但方便建立靜態和動態、交直流共存等概念,理解正確選擇電路參數、合理設置靜態工作點的重要性,求解靜態工作點,分析非線性失真及最大不失真輸出電壓等動態指標[21],并且電路工作在交流大、小信號狀態的情況都適用。圖解分析法突破了模擬電子技術中“非線性思維”向“線性思維”過渡的難點,使用圖解分析法可以加深對電路的深刻理解。

(五)? 微變等效分析

微變等效電路分析是在交流小信號條件下,將含三極管的非線性放大電路等效成含受控源的線性放大電路,利用線性電路的定理、定律來近似分析求解的方法。同圖解分析法比較,微變等效電路分析法只適用于交流小信號條件下求解電路的增益、輸入輸出電阻,分析頻率特性,靜態工作情況、交流大信號的情況分析不適用,交流大信號的情況只能采用圖解法,如功率放大電路的分析就不適用,功放電路的輸出電壓、輸出電流都很大,功放管非線性不可忽略。

微變等效電路分析法突破了模擬電子技術中“非線性分析”到“線性分析”轉換的難點,小信號時對晶體三極管進行微變等效,利用數學工具就可以簡單地解決非線性電路分析的問題。

(六)? 實驗和仿真

模擬電子技術是一門建立在實驗基礎上的理論與實踐高度融合的技術,機理的復雜、工程計算的局限決定了器件參數、電路性能指標必須在一定的工程背景和應用需求下經過實驗才能確定,電路功能的實現需通過實驗的調整或修正才能達到預期,電路設計中考慮的諸多影響因素如溫度、濕度、光照和灰塵等也都要通過實驗的檢驗,特別是電路穩定性方面的問題和各種設計缺陷也要在實驗中加以暴露[16]。仿真是現代電子電路設計、分析解決電路問題的重要手段。由于電路結構的復雜性及元器件參數的離散性,設計好的模擬電子電路幾乎都要使用電路仿真軟件對電路進行仿真分析,檢查電路的性能和穩定性,優化電路參數,確保電路能夠正常工作。

實驗和仿真的思想和方法為模擬電子技術分析問題、解決問題提供了一種思維方式和具體方法,貫穿模電教學的始終,是應用思維、工程思維培養的重要途徑,模電教學評判的標準不在于學生學會了多少概念,解答了多少習題,而在于學生是否建立工程觀念、工程意識,接受“實驗至上”的觀點,是否具備一定的應用模擬電子技術的能力[24]。

四? 技術思想和方法的教育價值

上述模電中蘊含的技術思想和方法一是技術本身含有的思想和方法,二是在應用技術解決問題的過程中有關的思想和方法,對模電的學習具有重大的指導意義,其教育價值主要體現在以下幾方面。

(一)? 模電中的技術思想和方法是對模擬電子技術本質和規律的提煉

上述技術思想和方法是從模擬電子技術的產生與發展、分析與計算、設計與應用等大量的技術知識、技術實踐中經過分析、提煉、抽象形成的,是對模擬電子技術自身特點和規律的概括和總結。如“動靜分離、先靜后動”的思想和方法揭示了模擬電路交、直流信號共存的復雜工作狀況及電路合適的靜態工作點是動態工作的前提和基礎。“定性分析、定量估算”“合理建模、化繁為簡”“圖解分析和微變等效分析”的思想和方法抓住了半導體器件伏安特性的非線性,受電源電壓、信號頻率、環境溫度等因素影響的敏感性強,特性和參數分散性大,電路結構復雜多變,精準分析、精確計算難度大的特點,體現了模擬電子技術的工程性特征和解決問題所需的工程性思維。“現象和本質”“結構和功能”“整體和部分”的思想和方法揭示了模擬電子技術從器件到單元電路、再到復雜電路在組成結構、性能特點、功能實現之間的本質聯系及其規律性,揭示了器件是模擬電子技術的基礎,由器件組成的基本電路是模擬電子技術的核心,把握住器件種類的多樣性、性能參數的分散性,電路組成結構的復雜性、功能實現的多樣性,把握住關鍵基本電路的分析、與復雜電路的綜合,模擬電子技術復雜性的問題便可迎刃而解。我們要認真領悟、內化模電中的這些技術思想和方法,把握所提供的思維方式、思考問題的視角和分析解決問題的途徑,熟練運用于模電的學習和模擬電子技術的應用實踐中,達到對模擬電子技術知識的全面認識、本質和規律的深刻領會。

(二)? 模電中的技術思想和方法是模電教學的重要內容、是學生模擬電子技術能力生成的基礎

模電由模擬電子技術的基本概念、基本原理和規律、基本方法及貫穿其中的技術思想和方法構成的。這些技術思想和方法如“對立統一、相互制約”“等效建模、工程估算”等從模擬電子技術的基礎和核心入手,揭示了模擬電子技術知識的本質、內在的規律和特點,將不同的技術內容聯系起來,形成共同思維框架下的技術知識體系,是模電教學不可或缺的一部分。它們幫助學生迅速厘清模電技術內容的脈絡,構建起各技術知識點之間的聯系,幫助學生迅速掌握學習內容的關鍵;它們抓住了模擬電子技術的特點和規律,一旦與模電相關技術知識內容相結合,不僅能夠讓學生對技術知識有更加深刻的理解,適應模擬電路中“動靜分離、先靜后動”“微變等效”“工程估算”等獨特的分析方法,更重要的是培養學生的辯證思維、工程思維能力,以辯證的更宏觀的視角來審視、分析模擬電子技術中的內容,解決模擬電子技術中的問題,提高學生對技術知識、技術行為的掌控能力,擺脫“只見樹木”的狹隘,達到“窺見森林”的高度。

(三)? 模電中的技術思想和方法有助于學生技術素養的提高

模電中的這些技術思想和方法不僅是對模擬電子技術知識、技術規律抽象概括的結果,而且具有廣泛遷移的特點。領悟和內化這些思想和方法,可以豐富模擬電子技術知識、提升模擬電子技術應用能力,培養技術思維,提高對技術知識、技術行為的掌控能力;更重要的是提升技術素養,優化技術態度和技術情感,更好地適應職業技術工作需要、適應社會技術的飛速發展,理性對待技術學習,合理進行技術發明與技術創新,形成科學的技術觀,促進長遠技術生涯的和諧發展。教學中,教師應該重視技術思想和方法的挖掘與融入,學生必須關注對知識背后的指導思想和方法論的探究和領悟,將技術思想和方法教育滲透到教學活動的每一個環節,有效融入知識與技能、情感態度與價值觀培養之中。

五? 結束語

模電中的技術思想和方法是對模電教學最具影響力且能夠遷移的一些思想和方法,集中反映了模擬電子技術知識的本質、思維特點、內在學習規律,是模電教學的靈魂和精髓。教學中,我們不僅要注重模擬電子技術知識和規律的教學,更應破除“就技術教技術”、忽視技術思想和方法的思想觀念,抓住特點和規律,充分挖掘蘊含其中的技術思想和方法,使技術思想和方法成為模電教學的重要內容;同時積極謀劃滲透技術思想和方法,探索有利于學生技術思想和方法生成的教學策略,在技術知識的傳授中突出技術思想,在技術實踐的指導中突出技術方法,實現學生技術學習手腦結合,技術實踐手腦并用,學會運用技術思想和方法去分析、解決技術問題,獲得終身受用的技術學習和技術應用能力。

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