模擬電子技術課程教學質量強化綜述

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從目前情況來看，無論是重點院校還是一般院校的電類專業，“模擬電子技術”課程都被公認為是一門難學的專業基礎課。從每學期召開的“模擬電子技術”課程學習的學生座談會匯總情況來看，一部分學生學了大半學期還不知道這門課的主要內容是什么，每一章節有什么用，是“只見樹木不見森林”；一部分學生覺得實驗課僅僅就是對理論課有關內容進行驗證；一部分學生在學極管、三極管后就開始發暈，進入放大電路部分的學習后便云里霧里，根本搞不清放大電路的靜態動態；一部分學生干脆從學長那里聽說模擬電子技術課程很難，還沒開始學習就已經將它放棄了。在高等教育大眾化的背景下，尤其是一般院校的學生，自主學習的能力以及刻苦精神都已今非昔比；而從社會的要求來看，對本科畢業生的動手能力、創新能力要求越來越高。因此改革教學方法、教學內容、教學手段，提高模擬電子技術課程的教學效果刻不容緩。

一、明確“模擬電子技術”課程各部分內容的地位和作用

與其他課程一樣，“模擬電子技術”課程的緒論課非常重要，這堂課必須講明：什么是模擬電子技術；本課程的主要內容；本課程的目的和要求；模擬電子技術的特點；放大電路及其模型；放大電路的主要性能指標。尤其重要的是“本課程的主要內容”部分。教師可以以一個簡單的電子系統組成為例，說明模擬電子技術課程的主要內容及各部分內容的地位和作用。圖1（b）是擴音機的詳細框圖。圖中的信號源，在實際工程中是由各種各樣的傳感器將待處理的溫度、速度、壓力、聲音等信號轉換為電信號，圖1（a）中的拾音器就是將聲音信號轉換為電信號的傳感器，充當信號源；在實驗研究中，由信號產生電路充當信號源，信號產生電路便是教材第9章（以康光華主編的《電子技術基礎（模擬部分）》[第五版]為例，以下同）的內容，[1]信號產生電路包括正弦波產生電路和非正弦波（矩形波、三角波等等）產生電路。圖1中的放大電路是電子系統中對信號進行放大和處理的主體，其基礎是由雙極結型晶體管BJT或場效應管FET構成的放大電路，教材的第4章、第5章分別介紹這兩部分內容。高性能的放大電路采用模擬集成運算放大器，集成運放是具有高開環增益、多級直接耦合的放大電路，教材的第2章、第6章都是關于集成運放的內容?！霸鲆妗?、“開環”等是放大電路、反饋中的重要概念。反饋對于電子系統的運行具有重要意義，尤其是其中的負反饋是電子系統穩定運行的充分必要條件，教材的第7章介紹反饋放大電路。多級放大電路的末級及末前級稱為功率放大電路，功放較前級放大電路有一定的特殊性，教材的第8章介紹功率放大電路。所有的電子系統必須有直流電源提供能量才能正常工作，正如手機必須裝電池（同時電池必須有電）才能使用。教材的第10章介紹直流電源。二極管是電子系統中最基本也是最重要一個器件，教材的第3章介紹二極管。通過上述講解，學生對模擬電子技術課程的主要內容有了宏觀了解，但同時也產生了很多問題，諸如“放大”、“增益”、“反饋”等等究竟是什么？恢宏的十章都講了些什么？學習后可以解決哪些實際工程問題？正是如此，才激發了學生的求知欲，使學生帶著問題學習。教學實踐證明，這是培養學生學習興趣、激發學生自主學習、提高模擬電子技術課程教學效果的好辦法。

二、教學中適當舉例

“模擬電子技術”課程中概念很多，難以理解。適當的舉例，不僅使抽象的概念易于理解，且難以忘懷。

1.關于放大電路中的靜態工作點放大電路中直流與交流共存，靜態工作點決定動態工作性能，這是“模擬電子技術”課程的難點之一，很多學生對此不能理解，表現有二。其一是做放大電路實驗的測試動態性能指標時不給放大電路加直流電源，導致實驗結果不正常；其二是在做放大電路的分析計算時，靜態分析和動態分析的方法使用不當，互相混淆。放大電路必須要有合適的靜態工作點，這是由PN結及三極管的單向導通特性決定的。為了說明這一點，在教學實踐中提煉出下述例子：老師站在地板上，若讓老師上、下各移動100cm，行不行？不行！怎么辦？得讓老師站得高一些，至少離地100cm才能上、下各移動100cm；若老師站得過高，離天花板只有60cm，老師能上、下各移動100cm嗎？若老師站在30cm高的講臺上，能上、下各移動100cm嗎？老師站在什么位置，上、下各移動hcm，這個h最大呢？這個形象的例子，學生通過主動參與、積極思考對放大電路設置靜態工作點的必要性、飽和失真、截止失真、最大動態輸出范圍等等抽象的概念充分地理解。

2.關于電子系統的溫度特性由于電子器件材料——半導體的溫度特性，決定了電子系統的工作性能受溫度的影響，[2]以筆者在20世紀80年代中期在天津無線電一廠工作的一個案例說明這一點。當時廠里生產一批出口的煙霧報警器，為趕工期，工人加班加點，煙霧報警器的調試系統24小時連續運轉。調試好的產品入庫暫存，待購買方提貨抽檢時，發現多個批次的產品指標不合格，這對廠方是個很大的打擊。經分析，原因是調試系統連續運轉一定時間后工作溫度上升，使得系統的工作點偏離設計工作點。后將調試系統安置在恒溫的房間，問題得以解決。這一案例使學生對于溫度對電子系統的影響有了間接的感性認識，在學習“溫度對放大電路性能的影響”、“提高放大電路溫度穩定性”等內容時不再感覺陌生，且有急于了解這些內容的心理，教學效果當然很好。

3.關于反饋、開環、閉環“模擬電子技術”課程中的反饋也是一個教學難點。各項理論分析中提及的“開環”、“閉環”究竟是什么？一個形象的例子可以說明。兩軍對壘，敵方有人來投誠，所帶來的信息不能稱為反饋的信息，因為從敵方到我方僅僅是一個單方向的開環系統；必須是我方派出的情報人員到敵方進行縝密的偵查工作，所帶回的信息才能稱為反饋的信息，因為從我方到敵方再回到我方構成了一個閉環系統，經閉環系統得到的信號稱為反饋信號。

三、理論教學與實驗教學相互融合

實驗教學在“模擬電子技術”課程的教學中占據重要地位。模擬電子技術實驗，不僅訓練學生使用電子儀器儀表的技能、測試電子電路的技能，還能加深學生對理論課程的理解、驗證模擬電子技術課程的理論，更重要的是培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。為使理論教學與實驗教學更好地融合，在時間上將實驗教學集中在后8周開設；在內容上舉下述兩例。

1.三極管的參數掌握三極管的參數是用好三極管的重要前提。在三極管的諸多參數中，有一個極限參數——集電極最大允許電流ICM，其定義為：當集電極電流增加時，電流放大系數β要下降，當β下降到一定數值時的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。關于電流放大系數β隨集電極電流增加而下降的現象，在上理論課時要求學生在“共射放大電路的設計”實驗中進行觀察。[3]在對所設計的電路進行調試的階段，用兩個電流表同時觀測靜態基極電流IB和集電極電流IC，調整基極偏置電阻，測算電流放大系數β=IC/IB觀察β隨集電極電流增加而下降的現象，加深對三極管極限參數的理解。

2.放大電路的動態性能指標放大電路的動態性能指標包括增益、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等等。為什么將輸入電阻、輸出電阻作為重要的性能指標，要求學生重點掌握其求解方法呢？以電壓放大電路的輸出電阻為例，它反映了放大電路帶負載的能力，在上理論課時就要求學生在“單管放大器”實驗中，[3]將放大電路的靜態工作點調整到交流負載線的中部后，在一定的交流輸入信號下，觀測放大電路空載和有載兩種情況下輸出信號的大??；在負載電阻RL一定的情況下，集電極電阻RC不同（在一定范圍內）時輸出信號的大小，從而理解放大電路的輸出電阻對放大能力的影響。單管放大器的實驗電路如圖2所示。

四、以“模擬電子技術”課程為載體，培養學生的工程意識

“模擬電子技術”是關于模擬電路的分析、設計、應用研究的工程實踐，課程特點是：定性分析、近似估算、經驗設計、實驗調整。這決定了模擬電子技術課程具有很強的工程特性，以其為載體培養學生的工程意識具有天然的優勢。[4]

1.設計性實驗的調試在“模擬電子技術”課程的設計性實驗“共射放大電路的設計”中，要求學生先對電路的元器件參數進行理論分析、計算，然后到實驗室進行調試。學生按理論計算參數選擇元器件，安裝好電路，通電后，無論是靜態指標還是動態指標都與設計要求不符！究其原因，一是電阻元件的實際阻值不同于標稱值，如實驗室常用的E12系列電阻，允許存在±10%的誤差；二是手冊給出的三極管電流放大系數β是一個范圍，[5]理論計算時取了一個確定的數值，而β又是隨著集電極電流IC改變的；三是電容不理想，靜態時并非開路，動態時并非短路。諸多原因，都是由于理論值與實際值的偏差，導致電子系統必須經定性分析后進行近似估算，根據經驗進行設計，最后通過實驗進行調整。幾乎所有的工程系統都要經過調試才能正常運行，通過設計性實驗的調試環節，學生逐漸培養起工程意識。

2.集成運算放大器的調零集成運算放大器的第1級采用差動結構以減小零點漂移。從理論上講差動放大電路結構對稱，相應元件參數相同，在共模輸入的情況下輸出應該為零，而在“運放基本應用一（運算電路）”的實驗中卻要對電路進行調零，調零電路如圖3所示。測試結果也說明，圖3中的電位器RW2的取值對運放的輸出有影響，僅僅在某一數值時將輸出調為零。由于實際工作中或多或少會出現不對稱性（或由外部電路引起），使集成運放存在輸入失調電壓和輸入失調電流，當運算放大器組成的線性電路輸入信號為零時，輸出往往不等于零。為了提高電路的運算精度，要求對失調電壓和失調電流造成的誤差進行補償，這就是運算放大器的調零。

五、結論

在“模擬電子技術”課程的第1節緒論中，說明課程的主要內容及各部分內容的地位和作用，可以激發學生的求知欲，使學生帶著問題學習，是提高該課程教學效果的好辦法；適當的舉例可以使抽象的概念具象，從而吸引學生主動參與課堂教學，積極思考，充分理解原本抽象的概念；將理論教學與實驗教學相互融合，可以互相促進，提高模擬電子技術課程教學效果；模擬電子技術課程具有很強的工程特性，應充分利用其培養學生工程意識的天然優勢。