1、模拟电子技术设计性实验方法的研究与教学应用 潘金福 凯里学院 摘 要： 在学生实验创新能力的培养过程中, 设计性实验是不可或缺的一个重要环节.根据教学实践提出一种模拟电子技术设计性实验方法, 通过教学实验案例和简单工程项目案例的对比分析, 为设计性实验方法的教学应用和工程应用提供了较成功的教学案例.关键词： 模拟电子技术实验; 设计性实验方法; 教学实践; 工程实践; 作者简介：潘金福 (1973-) , 男, 贵州三穗人, 凯里学院大数据工程学院高级实验师, 研究方向为新型半导体器件和电子集数应用.收稿日期：2017-09-11Received： 2017-09-110 引言随着社会的不断进
2、步和科学技术水平的不断发展, 社会对大学生应具备的综合能力的要求在不断提升, 高校各专业培养方案中越来越重视和突出学生创新能力的培养.对于理工科专业的学生, 特别注意突出学生实验创新能力的培养.在学生实验创新能力的培养过程中, 设计性实验是不可或缺的一个重要环节1.对于设计性实验方法, 不同的实验学科有不同的学科特点和要求, 但总体目标是一致的, 是为了培养学生的创新思维, 提高学生的创新能力.笔者在总结了一些成功实验教学经验的基础上, 经过多年的教学实践, 针对模拟电子技术课程的特点, 总结了一些行之有效的设计性实验教学方法.1 模拟电子技术设计性实验的基本方法(1) 提出一些简单的参数指标
3、要求, 要求学生设计简单电路能达到这些参数要求;(2) 用一些固定的仪器和元器件, 提出一些简单的参数指标要求, 让学生通过这些元器件组装成一些特定的电路, 通过选择合适的仪器搭配, 将这些电路的参数测试出来;(3) 提出一个较复杂的电路技术参数指标要求, 要求学生用一种或两种电路组合实现电路功能和参数要求;(4) 针对于一个实际应用环境, 提出一些功能要求, 要求学生用具体电路来实现, 电路的设计方案要求两种以上, 并进行比较分析.2 设计性实验方法的教学实践在模拟电子技术实验教学中, 常用的设计性实验方法有以上四种类型, 最常用的设计性方法的教学案例步骤是: (1) 提出设计任务和设计要求
4、; (2) 设计电路方案的确定及电路参数的计算; (3) 设计参数实验测量; (4) 实验总结及改进.2.1 音频功率放大器的设计教学案例分析2.1.1 设计任务及要求(1) 3 d B 通频带:20 Hz20 k Hz;(2) 放大倍数:40 d B;(3) 输入阻抗:10 k;(4) 输出功率:5 W/8 负载.2.1.2 音频功率放大器的设计方案(1) 设计原理框图图 1 音频放大器方框图2 下载原图(2) 设计电路方案音频放大器总体设计电路原理如图 2 所示, 该电路主要由两部分组成, 前置放大器由单级运算放大电路组成, 通过调接 RF和 R1的比值来调节其放大倍数.功率放大器由 LM
5、386 及其外接元件组成.图 2 音频放大器总体设计电路原理图 下载原图(3) 实验表格设计表 1 前置放大电路参数测试表 下载原表 表 2 各级单元电路参数测试表 下载原表 (4) 电路的安装、测试及分析电路设计完成后, 根据电路中元器件的参数选择元器件, 将选好的元器件安装在电路板上完成电路组装.电路组装完成后, 根据设计测试表格中的参数要求通电测试.根据测试结果与任务要求中的技术指标进行对比, 如果达到要求, 实验成功;如果测试结果与任务要求中的技术指标有误差, 则需要分析原因, 修改设计电路中元器件的参数, 使测试结果与任务要求中的技术指标完全相符, 实验方为成功.2.2 教学案例总结
6、通过设计性实验方法的教学, 主要增强了学生以下两个方面的能力: (1) 培养了学生的创新思维能力.通过设计性实验教学, 使学生从设计的技术参数入手, 根据所学的理论知识, 构思设计方案, 通过对方案的反复计算、分析、论证, 确定方案的可行性.实验方案确定以后, 根据实验方案组装调试实验电路, 通过反复的调试, 不断发现问题和解决问题, 在这个过程中, 培养了学生的创新思维能力; (2) 增强了学生的工程实践能力.在实验电路的调试过程中, 当某一或两个技术参数达不到设计要求时, 学生不只需要从理论知识方面去分析原因, 还需要不断改变元器件的参数和测试元器件的工作特性, 因为在很多情况下, 元器件
7、的标称参数值与实际测量值有误差.在这个过程中, 增强了学生分析、思考问题的能力和实验动手能力, 通过反复的训练, 可进一步增强学生的工程实践能力.3 设计性实验方法的工程实践模拟电子技术课程是实用性很强的一门课程, 工程实践项目是模拟电子技术实验课的最终目的, 设计性实验方法的工程实践步骤是: (1) 根据设计要求提出参数指标要求; (2) 根据参数指标要求设计两种以上的电路方案, 并进行设计电路方案比较分析, 确定电路设计方案; (3) 制作实际电路并进行电路调试; (4) 实际电路的功能测试及指标测试.3.1 温度控制系统的设计案例分析3.1.2 温度控制系统的设计基本要求(1) 当加热器
8、温度低于 30时, 加热器升温; (2) 当加热器温度高于 50时, 加热器自动断电.3.1.2 方案比较与分析(1) 基本控制原理框图图 3 温度控制系统原理方框图 下载原图(2) 方案一设计电路如图 4 所示, 热敏电阻 Rt 进行温度测量, 由运放 A1 及其外接元件组成测量放大器, 运放 A2 及其外接元件组成滞回比较器, 三级管 3DG12 及其外接元件组成加热控制电路和指示电路2.图 4 温度控制系统设计电路原理图 下载原图(3) 方案二设计电路工作原理图基本上如图 4 所示, 只是将运算放大器 A1、A2 及其外接元件全部由分立元件构成基本放大电路.(4) 方案比较分析在方案二的
9、电路设计中采用分立元件, 优点是电路调试方便.缺点是电路结构复杂, 电路接线较多, 出现故障较多.在方案一中, 优点是电路结构较简单, 易实现, 电路接线相对较短较少.缺点是电路分级调试较困难, 电路结构相对比较固定, 电路参数修改不够灵活.3.1.3 电路组装与调试电路设计方案确定后, 根据电路中元器件的参数选择元器件, 将选好的元器件安装在电路板上完成电路组装.电路组装完成后, 先调试单元电路, 每一个单元电路调试正确后, 再将各单元电路联结起来进行统调.统调时, 要注意各单元电路之间的相互影响, 根据电路指标要求测试电路参数指标能否达到设计要求, 如达到要求, 则进行电路使用条件下的功能
10、测试.各种极限条件都测试成功后, 再针对使用条件提出电路使用注意事项, 避免在实际使用过程中损坏设计电路.3.2 工程实践项目案例总结通过简单的工程实践, 主要培养学生以下几个方面的能力: (1) 电路系统的架构思维能力.当学生遇到一个与电路相关的工程项目时, 往往无从下手.通过简单的工程实践, 使学生从工程项目的基本要求入手, 查阅相关资料, 提出能满足工程项目要求的电路技术指标, 根据技术指标, 设计出达到要求的电路设计方案.能达到技术指标的电路方案不止一个, 可采用不用的设计方案, 通过方案的对比分析和论证, 选择一种易操作, 性价比较高的方案来执行.在确定的设计方案中, 还需要进行理论
11、分析和实践测试, 直至达到设计要求.在这个过程中, 培养了学生的电路系统的架构思维能力; (2) 培养学生的团队协作能力.在工程项目实践中, 一个工程项目通常由几个人来共同完成, 在这个过程中需要团队成员之间即要有分工又要有合作, 才能将工程做好.通过简单的工程实践训练, 增强团队成员之间的团队协作能力.4 总结与体会在模拟电子技术实验教学实践中要提高学生的实验创新能力, 需要经过基础性实验或验证性实验训练, 学生有了一定的基础后, 逐步过渡到设计性实验.在设计性实验方法的实践过程中, 虽然重点在于培养学生的实验创新能力, 但也要注意循序渐进, 遵循学生学习知识技能的学习规律和学生的知识基础, 培养学生的学习兴趣, 变被动学习为主动学习, 增强学生的实验创新能力.参考文献1盛桂珍.电工电子基础实验及综合设计指导M.北京:北京大学出版社, 2014. 2董秀红, 潘金福, 王永忠, 等.电子技术实验教程M.成都:西南大学出版社, 2015.
