模拟电子技术实践教学探析

　模拟电子技术是高职电子类专业的重要课程，是后续专业课学习的基础，理论性、实践性较强。该课程的学习目标是：（1）学生能根据电路功能选用合适的器件及相应参数；（2）具备电子产品检测能力，能判断电子器件质量的好坏；（3）能依据实际需要对电路进行检测，具有从事电子类产品营销、测试、调试、质检、简单电路设计等工作的能力。
　　随着电子技术的发展和高职教育的深化，模拟电子技术的教学内容和教学方法需不断改进，实践教学已被证实是高职教学中传授知识和技能的有效方法[1][2]。近年来，基于计算机平台的电子仿真被广泛应用于教学，电子仿真能有效、快速地把知识以类似实物的形成展示给学生，可以把抽象的知识具体化、技能化，从而提高学生对知识和技能的掌握。因此，把电子仿真引入到模拟电子技术教学中，是实现本课程实践教学法的有效途径。
　　一、模拟电子技术教学现状与改革措施
　　模拟电子技术内容有二极管、三极管、集成电路等 ，即三极管的使用被集成电路所取代。目前模拟电子技术的教学内容仍包含了大量的关于三极管的知识，比如输入阻抗、输出阻抗等，这些知识是设计由三极管构成复杂电路（如集成电路）时所必需的，而高职培养的人才主要是能正确使用电子器件，极少涉及研发性较强的有关电路设计等方面的工作。因而在授课过程中，有关集成运放方面的知识需要加强，而三极管的知识应合理取舍，取舍的方法和内容将在后文讲述。综上所述，模拟电子技术的授课需根据技术发展和应用型人才的培养目标，按照“需要、够用、实用”的原则抛弃陈旧内容，突出重点，选择合适的授课知识点，这是促进模拟电子技术教学改革的关键。
　　传统模拟电子技术的教学是以理论教学为主，实践教学为辅，通常采用“理论教学+实训周”的模式，理论内容在课堂上讲授，实训周则是为提高学生的实践技能。目前理论教学主要是“黑板+多媒体”，该方式手段较单一，内容展示枯燥，学生的学习兴趣不高，且该方式通常是在理论课结束后才开始实训，致使授课内容和实训内容在时间上不同步，理论教学和实践教学融合不彻底。为调动学生学习的积极性，需要把抽象的知识具体化、形象化；为减轻学生的学习压力，需要让教学活动更符合高职学生的学习规律；为增强知识的掌握和技能的运用能力，需要把知识的传授寓于实践中，通过实践增强对知识的理解和运用。为达上述目的，需促进理论教学与实践教学的深层次融合。本文在借鉴“教、学、做一体化”教学方法优点[4]的基础上，在理论教学阶段同步引入了实践教学，即在阶段性知识点学习完后，综合运用理论指导实践，实践验证理论的科学方法加深学生对知识的理解和掌握，促使学生把知识转变为技能。在该教学方法实施过程中，合理地安排教学内容、划分知识节点是保证该教学方法实施效果的关键；而以简单、便捷、灵活的计算机仿真作为实践平台则是教学实施的保障。
　　Multisim仿真软件是美国国家仪器有限公司（NI）推出的一款用于电子电路设计与仿真的EDA软件，该软件可在Windows环境下运行，界面直观，操作方便。Multisim除提供了包括基本元器件、半导体器件、运算放大器以及各种数字器件外，还提供了丰富的测试仪器，如：万用表、函数信号发生器、示波器等。其电路的建模方式有电路原理图图形输入方式和电路硬件描述语言输入方式，图形输入方式具有简单、直观、易学等特点，更符合高职学生的学习规律，因而Multisim仿真是实施模拟电子技术实践教学的理想平台。
　　二、阶段性知识点设计
　　模拟电子技术的课程目标是让学生掌握电子技术的基本知识和技能，能够运用电路的基本分析方法对电路进行参数设置和调试。模拟电子技术由半导体器件、三极管及其放大电路、模拟集成电路、波形发生电路、集成稳压器等部分组成。由于二极管、三极管、集成电路是模拟电子技术的重要内容，因而本文给出了这三个知识点的教学设计方案。
　　1.半导体器件教学设计
　　半导体器件部分主要是让学生了解本征Si、N型Si和P型Si的区别，PN结的结构，以及二极管的电特性和应用。其中二极管是本部分的主要知识，高职学生应了解检波、整流、稳压、开关、隔离、肖特基、发光、硅功率开关、旋转等二极管的特性及应用场合，能根据用途选择合适的二极管。此外二极管的单向导电性是需掌握的重要内容，也是本节教学的重点。在讲授二极管知识时，可用Multisim自带的IV测试仪测量二极管的IV特性，讲解该曲线的形成，而后由学生根据图1所示的电路自行测量二极管的IV曲线，即在不同电压下测量电流值，测量过程可提醒学生参照IV测试仪测量的IV曲线在拐点处多测量几个点，以保证测量曲线的平滑性，通过该实践可加深学生对二极管导电特性的理解。
　　2.三极管教学设计
　　三极管内容主要有直流分析和交流分析，通过直流分析，可以给NPN或PNP型三级管施加合适的电压使三极管根据需要分别工作于截止、放大或饱和状态；交流分析是利用微变等效电路计算输入/输出阻抗以及放大倍数。直流分析是三极管工作的基础，尽管在复杂电路中三极管已被集成芯片取代，但在一些简单电路中仍被使用，如利用三极管的开/关特性，可使用在自动控制电路中；再如在集成芯片引脚驱动电流（灌/拉电流）不足时，利用三极管的放大功能，用集成芯片的引脚控制三极管的基极，可在发射极获得大的驱动电流，这些典型应用需学生掌握三极管不同状态的工作条件和静态工作点的设定。
　　三极管接法主要有共发射极、共基极和共集电极，教学中可用射极偏置电路，如图2所示。调节电阻Rx，通过电压表观察BE、CE电压（UBQ和UCEQ），根据三极管截止、放大、饱和的工作条件可判断出三极 管的工作状态。为让学生更好地理解公式计算结果与电路电特性之间的关系，从而把理论和实践结合起来，可用公式（1）、（2）和（3）分别计算出UBQ和UCEQ，并和仿真结果进行比较。
　　交流分析的内容较多、较难，有些内容不适合高职学生学习，如输入、输出阻抗、放大倍数等电参数的计算；有些内容仍需掌握，如截止失真，饱和失真，以及如何通过调整电参数使电路工作于不同状态的技能。
　　在图2中加入信号源，并用耦合电容与基极相连，同样在集电极的输出端用耦合电容和负载相连，可得到交流放大电路，通过该电路学生可直接观察输入信号和输出信号的波形。
　　[JZ][XC<>；%48%48][HT5”K][JZ]图3 截止失真和饱和失真波形[HT5SS]
　　在静态电路中判断三极管的工作状态主要是根据UBQ和UCEQ的电压值，而在交流通路中可以直观地观察到三个状态下输出的波形，图3即为截止失真和饱和失真时输出的波形。通过该教学过程，也能进一步说明直流分析和交流分析间的关系和区别。
　　3.集成运放教学设计
　　集成运放构成的电路主要有：反相输入运算电路、同相输入运算电路和比较电路。应掌握的知识点有：（1）集成运放主要技术指标；（2）反相/同相放大电路的组成，外围电子元器件的作用，电路动态参数的计算；（3）简单比较电路的组成。如图4（a）和图4（b）所示，同相和反相比例放大电路均引入负反馈，信号的输入端分别是同相端和反相端。应用方面：同相放大电路优点在于有足够大的输入阻抗，对于输出阻抗很大的电路比较适用；缺点在于放大电路没有虚地，抗干扰能力相对较差，放大倍数只能大于1。反相放大电路优点是同相端接地，反相端虚地，抗干扰能力强；缺点是输入阻抗很小，不适用于前级电路输出阻抗很大的电路。反相比例放大电路输入/输出的信号如图5所示，可以看出输入/输出信号的波形的相位相差180度，而同相比例放大电路输出/输入信号的相位则相同（信号波形图本文没有给出）。比较电路是集成运放的另一个重要应用，它通过比较两个输入端的电压，根据比较结果输出高电压或低电压，常用于比较、判断和分析。简单的比较电路如图4（c）所示，比较电路通常工作在开环（如图4（c）所示）或正反馈状态。
　　图4所示的电路主要是配合理论教学使用，在学生实践过程中，可引导学生对上述电路做适当修改，设计一些简单的电路：（1）利用反相比例放大器设计放大倍数为50的放大电路，（2）利用同相比例放大器设计一个放大倍数为50的放大电路，并比较两者的输出的信号；（3）设计一个比较电路，改变参考电压值，观察输出信号的变化。
　　三、结语
　　通过将Multisim仿真软件引入到模拟电子技术教学中，实现了教学活动的实践化，激发了学生的学习兴趣，提高了掌握知识和技能的能力。
　　[参考文献]
　　[1] 邹 洁，张 彦.强化实践教学初探[J].石家庄职业技术学院学报，2010，22（4）：5658.
　　[2] 梅德平.高校实践教学体系的建设与完善[J].高等函授学报，2010，23（2）：3638.
　　[3] 韩春光.以项目为载体的《模拟电子技术》课程设计[J]，职业技术教育，2010，31（8）：2931.

本文选自《湖北工业职业技术学院学报》2014年第1期，版权归原作者和期刊所有，如有异议，请联系第一论文网QQ712086967，我们将在第一时间处理。