模擬電子技術(shù)課程教學(xué)研究

唐 鶯 翁飛兵 陳棣湘

國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410073

模擬電子技術(shù)課程教學(xué)研究

唐 鶯 翁飛兵 陳棣湘

國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410073

模擬電子技術(shù)是一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，內(nèi)容多、涉及面廣。學(xué)生對(duì)此課程的學(xué)習(xí)態(tài)度、掌握程度直接影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。總結(jié)了該課程授課過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注重的幾個(gè)方面，強(qiáng)調(diào)營(yíng)造思考的課堂氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

模擬電子技術(shù)；教學(xué)研究；應(yīng)用引導(dǎo)

模擬電子技術(shù)是我校面向低年級(jí)工科專(zhuān)業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的一門(mén)重要的電子技術(shù)類(lèi)基礎(chǔ)課程。它同電工與電路基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)共同構(gòu)成電工電子系列課程，其工程性、實(shí)踐性和靈活性都很強(qiáng)，在構(gòu)建學(xué)生電子技術(shù)基本理論、基本技能和創(chuàng)新能力方面具有不可替代的作用。但學(xué)生普遍反映模擬電子技術(shù)學(xué)起來(lái)較為吃力，主要原因有：(1)預(yù)修課程大學(xué)物理、電工與電路基礎(chǔ)等偏重于理論分析，而模擬電子技術(shù)偏重于實(shí)際應(yīng)用，其研究問(wèn)題、分析問(wèn)題的方法與其他課程大為不同：既強(qiáng)調(diào)理論的系統(tǒng)性、又強(qiáng)調(diào)概念的物理意義。(2)涉及面廣、內(nèi)容多、主線不清晰，基本概念比較抽象，學(xué)生深感應(yīng)接不暇。(3)傳統(tǒng)的理論教學(xué)方法單一，理論與實(shí)踐結(jié)合不夠緊密，原本比較實(shí)際具體的研究對(duì)象并沒(méi)有使學(xué)生在理論與實(shí)踐的銜接過(guò)程中變得容易。如何讓學(xué)生建立“信號(hào)放大”的概念，從工程的角度思考和處理問(wèn)題，激發(fā)對(duì)此課程的興趣，筆者對(duì)模擬電子技術(shù)教學(xué)實(shí)踐中如何幫助學(xué)生加深理論知識(shí)的理解、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)效果進(jìn)行了總結(jié)。

1 注重與前述課程的銜接

我校為模擬電子技術(shù)開(kāi)設(shè)的預(yù)修課程為電工與電路基礎(chǔ)，它偏重于理論分析，而模擬電子技術(shù)偏重于實(shí)際應(yīng)用?？梢哉J(rèn)為，模擬電子技術(shù)是電工與電路基礎(chǔ)課程的大作業(yè)，它需要應(yīng)用基爾霍夫定律、戴維南定理、二端口網(wǎng)絡(luò)等電路的基本理論和分析方法求解。因此，在授課伊始，要求學(xué)生復(fù)習(xí)歐姆定律、基爾霍夫定律和戴維南定理，并在課堂上抽出1學(xué)時(shí)左右?guī)ьI(lǐng)學(xué)生回顧電路的基本概念。

讓學(xué)生明確求解電路的目的是獲知基本的物理量：支路的實(shí)際電流大小和方向及任意兩點(diǎn)間的電壓的真實(shí)大小和方向。由于實(shí)際應(yīng)用中，難以直接觀察出電流的實(shí)際方向和電壓降的方向，所以引入電壓、電流的參考方向。當(dāng)電壓和電流的參考方向一致(電流的流向與電壓降方向相同)時(shí)是關(guān)聯(lián)參考方向。在設(shè)定參考方向后，具體分析時(shí)視電路情形可采用網(wǎng)孔電流法、節(jié)點(diǎn)電壓法、戴維南定理等進(jìn)行計(jì)算。而上述方法和定理以基爾霍夫定律為基礎(chǔ)。

在復(fù)習(xí)歐姆定律時(shí)特別注意電壓和電流參考方向之間的關(guān)聯(lián)和非關(guān)聯(lián)；復(fù)習(xí)基爾霍夫電壓定律時(shí)要強(qiáng)調(diào)回路的繞向可任意制定。

在模擬電子技術(shù)學(xué)習(xí)過(guò)程中，放大電路交流性能指標(biāo)中輸出電阻的求解就是求戴維南內(nèi)阻，晶體管的小信號(hào)等效模型就是二端口網(wǎng)絡(luò)h參數(shù)等效模型。通過(guò)模擬電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)電工與電路基礎(chǔ)基本知識(shí)的理解程度得以提升。

2 注重本課程的工程性

所謂工程性就是要從工程的角度思考和處理問(wèn)題。模擬電子技術(shù)的課程內(nèi)容中十分重要的部分是小信號(hào)放大，對(duì)于放大電路的性能求解強(qiáng)調(diào)在性能指標(biāo)基本滿(mǎn)足的前提條件下允許存在一定的誤差，很多時(shí)候用到“估算”，但近似分析要合理。圖1所示是一靜態(tài)工作穩(wěn)定電路，又稱(chēng)為分壓式基本共射放大電路，設(shè)共射直流電流放大系數(shù)β為50。我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中，針對(duì)圖1電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的分析計(jì)算，總結(jié)3種常用方法。

圖1 靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路

算法1：直接計(jì)算

圖1(b)是圖1(a)的直流通路，直接列方程組求解如下：

設(shè)晶體管的材料為硅管，發(fā)射結(jié)壓降UBEQ為0.7V，代入相應(yīng)的參數(shù)值，可計(jì)算得靜態(tài)工作點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 3種算法下靜態(tài)工作點(diǎn)

算法2：利用戴維南定理進(jìn)行計(jì)算

將圖1(c)左圖中所示直流通路的虛線框內(nèi)電路部分進(jìn)行戴維南等效，等效后的電路圖如圖1(c)右圖所示。等效后的電壓源VBB及等效電阻RB的值分別為：

根據(jù)圖1(c)右圖所示電路可得基極電流的計(jì)算公式：

進(jìn)而求得靜態(tài)工作點(diǎn)值與算法1完全一致。

算法3：近似估算法

當(dāng)(1 + β)RE＞＞ RB1//RB2，即圖1(b)所示電路中的電流I1,I2＞＞ IBQ，利用下述方程組可求得靜態(tài)工作點(diǎn)見(jiàn)表1。

從表1可知，利用估算法進(jìn)行計(jì)算的算法3與精確計(jì)算的算法1與算法2結(jié)果十分相近，但比較這3種解題思路，學(xué)生了解算法3是最適合工程計(jì)算的近似方法，且計(jì)算過(guò)程要簡(jiǎn)單得多。

3 注重多種教學(xué)手段的合理應(yīng)用

為提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增加課堂理論授課和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的生動(dòng)性，幫助學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和深化，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)中引入Multisim仿真軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，使得多種教學(xué)手段得到合理應(yīng)用。

筆者使用的仿真軟件Multisim10是美國(guó)NI公司推出的電路仿真和設(shè)計(jì)軟件，它具有操作界面簡(jiǎn)單、運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，是電工電子學(xué)教學(xué)首選軟件工具。我們?cè)贛ultisim仿真平臺(tái)上建立圖1(a)所示分壓式基本共射放大電路仿真模型，在放大電路輸入端輸入信號(hào)頻率為1Hz的正弦波，設(shè)置電阻RB1為不同參數(shù)值，改變輸入信號(hào)的有效值，使晶體管分別工作在放大、截止及飽和狀態(tài)，利用虛擬儀表測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)，虛擬儀器觀察輸入/輸出波形情況，失真狀態(tài)下的仿真電路及波形如圖2所示，仿真參數(shù)及管壓降見(jiàn)表2。

圖2 分壓式共射放大電路及輸出波形

表2 仿真參數(shù)及管壓降

結(jié)合圖2所示輸出電壓波形和表2所示的參數(shù)，獲知靜態(tài)工作點(diǎn)偏高(低)且輸入電壓有效值較大時(shí)將出現(xiàn)飽和(截止)失真。在理論授課時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真演示可幫助學(xué)生對(duì)設(shè)置合適靜態(tài)工作點(diǎn)必要性的理解，取得了良好的教學(xué)效果；同時(shí)要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前自行進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟悉電路的設(shè)計(jì)功能、設(shè)計(jì)方法和參數(shù)選擇原則。

4 結(jié)束語(yǔ)

總結(jié)了提高模擬電子技術(shù)教學(xué)效果應(yīng)注重的幾個(gè)方面，列舉的事例只是所進(jìn)行實(shí)踐的一部分。為了更好引導(dǎo)學(xué)生提高獲取、分析和處理信息的能力，提高教學(xué)效果，建設(shè)以學(xué)生為主體的主動(dòng)學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的本科教學(xué)模式，提高學(xué)生的創(chuàng)新性思維，還有待于進(jìn)一步的教學(xué)改革。

[1] 劉貴棟，王淑娟.應(yīng)用Multisim的電子技術(shù)基礎(chǔ)研究性教學(xué)實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，3

[2] 侯加林，婁偉.模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)方法改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30(3)

[3] 李月喬，宗偉.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)方法的思考與體會(huì)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(5)

Study in anolog electronic technology teaching course

Tang Ying, Weng Feibing, Chen Dixiang
National university of defense technology, Changsha, 410073, China

The anolog electronic technology is a very signif cant technologic fundamental course. The course contents involves to widely and more complicated. The attitude and quality in learning of this course affects directly the study of followed course. This paper presents how to construct a thinking circumstance in classes and cultivate the students’ ability to study by them and so on.

anolog electronic technology; study-based teaching; application guide

2011-04-07 稿件編號(hào)：1104035

唐鶯，碩士，副教授。