袁藝丹

摘要：學(xué)習(xí)通用面包板的使用是培養(yǎng)理工科學(xué)生掌握電子設(shè)計(jì)與制作的基礎(chǔ)性課程，針對(duì)高等院校學(xué)生開設(shè)該課程有利于進(jìn)一步提高學(xué)生的動(dòng)手能力及分析解決問題能力。該文借助測(cè)試儀器晶體管測(cè)試儀和示波器，和仿真軟件Multisim等實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的輔助儀器，以一種能發(fā)出高低兩音色的門鈴電路為例，力圖拓展學(xué)生在電子設(shè)計(jì)中的實(shí)踐分析能力，極大改善傳統(tǒng)的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：面包板；電子設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）22-0152-02

1 概述

面包板是一種多用途的萬能實(shí)驗(yàn)板，可以將小功率的常規(guī)電子元器件直接插入，搭接出各式各樣的實(shí)驗(yàn)電路，由于元器件可以反復(fù)插接、重復(fù)使用，便于電路調(diào)試、元件調(diào)換，因此面包板非常適合初學(xué)電子技術(shù)者使用。在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生只需要根據(jù)給出的電路圖將分立器件和導(dǎo)線進(jìn)行連接，接入電源即可，學(xué)生并沒有太多機(jī)會(huì)去思考為什么要這樣設(shè)計(jì)電路，每個(gè)元器件有什么作用。因此考慮將實(shí)驗(yàn)新增內(nèi)容，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新聯(lián)想精神，讓他們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中的各種技能得到鍛煉。改善后的課程內(nèi)容將遵循：識(shí)圖→元器件辨識(shí)→Multisim仿真→電路實(shí)現(xiàn)→示波器測(cè)試，五步流程進(jìn)行教學(xué)，用多元化的教學(xué)手段培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力。

2 教學(xué)內(nèi)容

1）識(shí)圖

對(duì)于原理圖的解讀是電子設(shè)計(jì)的先決條件，只有在理解整體電路功能和結(jié)構(gòu)后，才能順利在后期對(duì)于組裝電路過程中的突發(fā)問題進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)試和調(diào)解。

電路原理圖中是一個(gè)能發(fā)出高、低兩種音色的門鈴，如圖1所示。三極管VT1、VT2及外圍元件等組成無穩(wěn)態(tài)自激多諧振蕩器，VT3、VT4則構(gòu)成互補(bǔ)型音頻振蕩器，當(dāng)按下S1時(shí)，兩個(gè)振蕩器同時(shí)通電工作，VT1與VT2就交替的導(dǎo)通與截止，由于R4阻值較小，相當(dāng)于把電阻R5的左端交替接到電源的正極與負(fù)極端。當(dāng)VT2截止時(shí)，VT3的基集偏置電阻為R6和R4+R5的并聯(lián)值，它和電容C3的時(shí)間常數(shù)較小，所以由VT3、VT4構(gòu)成的音頻振蕩器振蕩頻率較高，揚(yáng)聲器BP的發(fā)聲音調(diào)也隨之較高；當(dāng)VT2導(dǎo)通時(shí)，VT3的上偏置電阻為R6，這時(shí)R5充當(dāng)VT3的下偏置電阻，此時(shí)音頻振蕩器的振蕩頻率較低，揚(yáng)聲器BP發(fā)出的聲音調(diào)隨之較低。當(dāng)VT2間隔導(dǎo)通與截止時(shí)，揚(yáng)聲器BP就會(huì)發(fā)出“叮咚、叮咚”雙音聲。C4是并聯(lián)在電源兩端的退耦電容，防止電路通過電池回路產(chǎn)生反饋，提高電路的穩(wěn)定性。

2）元器件分析

理解電路原理圖后，接下來就需要對(duì)每個(gè)元器件的特性進(jìn)行了解。所需識(shí)別的元器件包括電阻，電容（電解電容、瓷介電容），三極管（NPN，PNP）。

首先是對(duì)于電容的區(qū)分。（1）瓷介電容使用高介電常數(shù)的陶瓷材料擠壓成圓片作為介質(zhì)，并用燒滲方式將銀鍍?cè)谔沾缮献鳛殡姌O并通過引腳引出，瓷介電容有兩個(gè)管腳，不區(qū)分極性。它的優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定，體積小，分布參數(shù)影響小，適用于高穩(wěn)定的振蕩電路中。其缺點(diǎn)是電容的容量偏差會(huì)大一些，容量也較小。本電路中用到的瓷介電容有104字樣，表示該瓷介電容的容量就是100000，單位pF。（2）電解電容在電路中的使用量非常大，應(yīng)用十分廣泛。電解電容有2個(gè)管腳，長(zhǎng)管腳表示正極，短管腳表示負(fù)極。

晶體管的輸出特性曲線是描述晶體管各級(jí)的輸出電壓與輸出電流關(guān)系的曲線，也叫做安特性曲線，它是晶體管內(nèi)部微觀現(xiàn)象的外部表現(xiàn)。了解晶體管的輸出特性曲線對(duì)于了解晶體管性能和晶體管電路分析是非常必要的途徑。為了幫助學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)晶體管特性，繪制輸出特性曲線十分必要，一般可以借助EDA仿真軟件Multisim電子工作平臺(tái)搭建測(cè)試電路進(jìn)行仿真，或者更加直觀的方法是利用晶體管測(cè)試儀直接進(jìn)行測(cè)試。

3）Multisim仿真

Multisim是一個(gè)以Windows為基礎(chǔ)的仿真軟件，非常適合電路設(shè)計(jì)和分析的初學(xué)者使用。Multisim提供了一種易于新的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境及方式，教學(xué)者可以利用這種全交互式仿真器，通過仿真實(shí)現(xiàn)電路功能而無需擔(dān)心繁復(fù)的理論分析。這樣的教學(xué)模式可以讓學(xué)生專注于電路結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)，而不用為搭建電路中的實(shí)驗(yàn)環(huán)境而擔(dān)心。利用Multisim學(xué)生可以任意改變連線方式或者替換元器件，修改數(shù)值，然后實(shí)時(shí)讀取虛擬示波器中的結(jié)果，通過這樣的探索可以鞏固他們?cè)谡n堂的理論知識(shí)，也可以創(chuàng)新性的改變電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)新的電路以實(shí)現(xiàn)功能。

4）電路實(shí)現(xiàn)及測(cè)試

基于面包板進(jìn)行電路連接時(shí)值得關(guān)注的是面包板的結(jié)構(gòu)。初學(xué)者可以揭開面包板背后的保護(hù)膜進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)板上的插孔都被分組，組與組的插孔之間從電學(xué)上互不相通，而每一組的插孔內(nèi)部都有導(dǎo)線互連，這些金屬連線都是在面包板背面走線，由保護(hù)膜進(jìn)行隔離保護(hù)。在清楚查看面包板背后的金屬走線后，也就了解面包板的插孔之間的關(guān)系。要注意的是實(shí)驗(yàn)面包板水平放置后，板上最上端和最下端各有一排插孔，分別標(biāo)注為“X”“Y”，一般講“X”定義為電源正極，“Y” 定義為電源負(fù)極。連接電路時(shí)最好采用不同顏色的導(dǎo)線，以便于后期連接器件過程中發(fā)現(xiàn)問題便于排查。該電路中的3V直流電源可以用直流穩(wěn)壓電源來供電。在實(shí)現(xiàn)電路功能后有針對(duì)性的對(duì)于模塊電路進(jìn)行測(cè)試，比如電路中較難理解的無穩(wěn)態(tài)自激多諧振蕩器，可以利用常見的測(cè)試儀器示波器。電路實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖2所示。

3 結(jié)語

融入更多仿真和測(cè)試方法后的電子設(shè)計(jì)課程將教學(xué)課題的理論知識(shí)和實(shí)踐技能有機(jī)地結(jié)合在一起，克服了傳統(tǒng)教學(xué)中只注重理論，不注重實(shí)踐的瓶頸問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的綜合能力，有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生在課堂里的創(chuàng)新性和主觀能動(dòng)性，充分利用實(shí)驗(yàn)室資源來延展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)范圍，使電子設(shè)計(jì)更加生動(dòng)有趣。