嚴(yán)世勝，鐘承堯，王列峰

（海南師范大學(xué) 物 理與電子工程學(xué)院，海南 海 口 571158）

新型模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置的研制

嚴(yán)世勝，鐘承堯，王列峰

（海南師范大學(xué) 物 理與電子工程學(xué)院，海南 海 口 571158）

為了滿(mǎn)足模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，對(duì)現(xiàn)有的模擬電路實(shí)驗(yàn)箱在設(shè)計(jì)中存在的缺陷和一些知名廠(chǎng)家產(chǎn)品進(jìn)行分析，從耐用性、產(chǎn)品成本和使用效果角度上考慮，研制出模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置.該裝置將示波器、信號(hào)發(fā)生器、毫伏表、直流穩(wěn)壓電源和各實(shí)驗(yàn)電路模塊集于一體，只需配備萬(wàn)用表即可完成所有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.實(shí)踐表明，該裝置符合教學(xué)大綱的要求，性能穩(wěn)定、檢修方便，大大減輕了實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理人員的工作量，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求.

模擬；實(shí)驗(yàn)裝置；方案；研制

模擬電子技術(shù)課程是電子類(lèi)、信息類(lèi)等專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是培養(yǎng)高級(jí)技術(shù)應(yīng)用型人才硬件能力的一門(mén)重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，其工程性和實(shí)踐性都很強(qiáng).原有的實(shí)驗(yàn)箱在設(shè)計(jì)上存在缺陷，如晶體管共射放大電路、多級(jí)放大與負(fù)反饋放大電路等，造成有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無(wú)法開(kāi)出或?qū)嶒?yàn)效果差.而且常常出現(xiàn)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)過(guò)程中接錯(cuò)線(xiàn)，容易燒壞實(shí)驗(yàn)箱的現(xiàn)象，增加了維修的工作量.現(xiàn)市場(chǎng)上出售的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置或?qū)嶒?yàn)臺(tái),雖是運(yùn)用了先進(jìn)技術(shù)，但是價(jià)格昂貴，且改裝、升級(jí)不方便.隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的不斷改進(jìn)、變化，實(shí)驗(yàn)箱的整體使用效率明顯降低[1-2].現(xiàn)存的實(shí)驗(yàn)設(shè)備已不能滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要.

為了強(qiáng)化學(xué)生對(duì)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作能力，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的水平[3].本課題組充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件和多年從事模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)兩年的鉆研，研制出了一種新型模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置.該實(shí)驗(yàn)裝置既能滿(mǎn)足模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的需要，又可以作為綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái).

1 實(shí)驗(yàn)裝置總體方案設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)組成

實(shí)驗(yàn)裝置主要由數(shù)字存儲(chǔ)示波器（泰克公司，TDS1002B型）、交流電壓毫伏表（深圳美創(chuàng)儀器儀表公司，MT-172D型）、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、直流信號(hào)源和實(shí)驗(yàn)?zāi)K電路等結(jié)構(gòu)框圖[4]見(jiàn)圖1.

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖Fig.1General structure diagram of the system

1）電源部分.在實(shí)驗(yàn)裝置中，電源是必不可少的部分，電源電路質(zhì)量的優(yōu)劣和性能的可靠性直接決定著整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的質(zhì)量.該部分電路包括直流穩(wěn)壓電源和直流信號(hào)源，直流穩(wěn)壓電源有2路輸出，一路輸出0～±15V連續(xù)可調(diào)電壓，另一路輸出固定±12V的電壓，輸出電流約1.5A左右，并具有2路數(shù)顯電壓功能.數(shù)顯電壓表測(cè)量范圍為0～±20V，可以?xún)?nèi)測(cè)量直流電壓輸出和外測(cè)直流電壓.直流信號(hào)源輸出－6V～＋6V連續(xù)可調(diào)的直流信號(hào)[5].

2）正弦波信號(hào)發(fā)生器.信號(hào)發(fā)生器是模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的基本設(shè)備之一，目前廣泛使用的是一些標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，雖然功能齊全、性能指標(biāo)較高，但是價(jià)格較貴，而且許多功能在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中卻用不上.為了降低成本，信號(hào)發(fā)生器的核心元件是選用Maxim公司的MAX038單片集成電路函數(shù)發(fā)生器進(jìn)行研制.正弦波信號(hào)發(fā)生器主要由信號(hào)產(chǎn)生級(jí)、電壓放大級(jí)和電源三部分組成[6].具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、體積小，可以滿(mǎn)足模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的要求.輸出頻率范圍為10Hz～500kHz，電壓范圍為0～12Vp-p.

3）儀器儀表測(cè)量部分.示波器是模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)必備的儀器，它可以將被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的規(guī)律，直觀(guān)形象的用圖形表示出來(lái).該示波器的帶寬為60MHz，具有高級(jí)觸發(fā)功能，觸發(fā)頻率讀出，USB接口，具有不同波形選擇的自動(dòng)設(shè)置功能等.

4）實(shí)驗(yàn)電路模塊部分.實(shí)驗(yàn)電路模塊方案設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2.正面印有各實(shí)驗(yàn)電路原理圖，所有元器件全部安裝在實(shí)驗(yàn)電路模塊的正面，便于增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí).反面為PCB電路，元器件與電路在反面通過(guò)焊接連接.實(shí)驗(yàn)操作采用導(dǎo)線(xiàn)在實(shí)驗(yàn)板正面插接連線(xiàn)即可完成所有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[7-9].

1.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1）配套性強(qiáng).實(shí)驗(yàn)裝置配備了數(shù)字存儲(chǔ)示波器、數(shù)字交流毫伏表、直流穩(wěn)壓電源、直流信號(hào)源、正弦波信號(hào)發(fā)生器和3位半直流數(shù)顯電壓表等.只要另外配置1～2個(gè)萬(wàn)用表即可完成所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.

2）可靠性高.實(shí)驗(yàn)插孔座的固定由螺絲擰緊式改為焊接式，克服了實(shí)驗(yàn)插孔座松動(dòng)的現(xiàn)象.同時(shí)，實(shí)驗(yàn)區(qū)插針座采用鍍金中型孔，不氧化，美觀(guān)漂亮，實(shí)用性強(qiáng).

3）直觀(guān)性強(qiáng).面板示意圖線(xiàn)分明，布置合理，插接方便，有利于學(xué)生獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)際動(dòng)手能力.

1.3 技術(shù)指標(biāo)

1）輸入電源：?jiǎn)蜗嗳€(xiàn)220V±10%；

2）電壓輸出：直流0～±15V連續(xù)可調(diào)；直流固定±12V；交流為12、13、14、15V；

3）函數(shù)信號(hào)源：頻率范圍為10Hz～500kHz；幅值為0～12Vp-p；

4）直流信號(hào)源：雙路-6V～+6V；

在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”教學(xué)模式中，課前需要給學(xué)生提供課程視頻等學(xué)習(xí)資源，這對(duì)于自學(xué)能力強(qiáng)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，確實(shí)是有幫助的。但由于視頻等學(xué)習(xí)資料與學(xué)生互動(dòng)性較差，很多自學(xué)能力差的學(xué)生幾乎是為了完成任務(wù)去播放視頻，而并非去學(xué)習(xí)視頻里的內(nèi)容。因此本文所開(kāi)發(fā)的游戲自學(xué)軟件，通過(guò)游戲中豐富的互動(dòng)操作，可以解決那部分不喜歡傳統(tǒng)學(xué)習(xí)資料的學(xué)生在學(xué)習(xí)上的自學(xué)問(wèn)題。同時(shí)在課中，本文以任務(wù)驅(qū)動(dòng)和過(guò)關(guān)模式相結(jié)合的理念所開(kāi)發(fā)的游戲助學(xué)軟件，也可以運(yùn)用到課堂上。教師可以開(kāi)放給學(xué)生完成任務(wù)和過(guò)關(guān)操作，可以檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

5）工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃，相對(duì)濕度≤85%（25℃）；

6）裝置容量：＜200VA.

2 本裝置所能完成的主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)裝置將實(shí)驗(yàn)電路模塊集中到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，方便實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理.實(shí)驗(yàn)電路模塊擴(kuò)展和升級(jí)十分方便，只要增加相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路模塊即可.目前可以開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：

1）電子儀器使用及晶體管測(cè)試；

2）晶體管共射放大電路；

3）射極輸出器的研究；

4）多級(jí)放大與負(fù)反饋的研究；

5）場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路；

6）差動(dòng)放大電路；

7）集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用電路（反相比例運(yùn)算電路、反相加法運(yùn)算電路、同相比例運(yùn)算電路、電壓跟隨器、減法運(yùn)算電路）；

8）基本運(yùn)算電路—積分和微分電路；

9）有源濾波電路（二價(jià)壓控電壓源低通濾波器、二價(jià)壓控電壓源高通濾波器）；

10）RC正弦波振蕩電路；

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置部分模塊圖Fig.2Diagram of part modules of experimental device

11）方波三角波發(fā)生電路；

12）直流穩(wěn)壓電源-串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源；

13）直流集成壓電源——集成穩(wěn)壓器；

14）OTL功率放大器電路.

3 結(jié)語(yǔ)

該模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置的研制成功，既增添了實(shí)驗(yàn)設(shè)備，節(jié)省了資金的投入，又解決了模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)分組多分組難的問(wèn)題.還可以很好地為硬件的維護(hù)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的擴(kuò)展提供良好的條件，提高了研制人員的綜合業(yè)務(wù)水平.

[1]張遠(yuǎn)岐,任茂林,劉國(guó)昌.電路模擬數(shù)字綜合實(shí)驗(yàn)箱的研制[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2000(5):79-83.

[2]蘇磊.分立式電工實(shí)驗(yàn)裝置的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程,2011,19(9):138-140.

[3]張清,朱雷平,崔厚梅.多功能電路實(shí)驗(yàn)箱的研制[J].徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào),2006,21(12):70-72.

[4]許雪瑩.模擬電子技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的研制[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2000,17(3):50-51.

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[9]陳相,呂念玲.模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2000:1-63.

責(zé)任編輯：黃 瀾

Research and Development of New Analog Electronics Technology Experimental Device

YAN Shisheng，ZHONG Chengyao，WANG Liefeng
（College of Physical and Electrical Engineering，Hainan Normal University，Hhaikou 571158，China）

In order to meet the demand of analog electronics technolgy experimental teaching in our school,analysis of the flaws in the design of current analog electronics technolgy experimental box and the products from some famous man?ufacturers is made.A set of analog electronics technolgy experimental device has been researched and developed by con?sidering from the perspectives of durability,product cost and performance of device.This device integrates oscilloscope,signal generator,millivolt meter,DC stabilized power supply and module of each experiment circuit.All experiments can be accomplished as long as a multimeter is provided.The practice has indicated that this device meets the requirements of teaching program,has stable performance and is convenient for maintenance which has greatly reduce the work load of the experimental management personnel.This device meets the design requirements.

analog；experimental device；program；research and develop

TN 70

A

1674-4942（2012）03-0283-03

2012-07-03