劉麗麗

[摘 要]實驗教學(xué)是高等院校教學(xué)的重要組成部分，是對課程所學(xué)理論知識的直觀認(rèn)識。課題組就我校模擬電路實驗教學(xué)過程中和理論課的銜接問題、現(xiàn)有實驗平臺的優(yōu)缺點和學(xué)生因素進(jìn)行了討論，同時就實驗內(nèi)容中的幾個存疑存難問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論，并給出了一定的解決方案，對提高實驗教學(xué)質(zhì)量具有重要的意義。

[關(guān)鍵詞]實驗教學(xué);模擬電路;負(fù)反饋放大電路;反饋網(wǎng)絡(luò)

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）06-0097-03

實驗教學(xué)的設(shè)計初衷就是將理論知識和實踐活動、間接經(jīng)驗和直接經(jīng)驗結(jié)合起來，讓學(xué)生在實操驗證中深化對文本，對理論知識的把握。隨著素質(zhì)教育改革的深入，實驗教學(xué)備受關(guān)注，直接關(guān)系到學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力和動手能力的培養(yǎng)。

模擬電子線路是當(dāng)前各大高校電子、信息技術(shù)、控制工程等專業(yè)的核心課程，也是較為基礎(chǔ)的入門學(xué)習(xí)課程，而模擬電子線路實驗教學(xué)對學(xué)生專業(yè)知識的學(xué)習(xí)具有促進(jìn)作用，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)知識和從事電子信息類相關(guān)工作打下扎實的基礎(chǔ)。此課程的理論性和實踐性都很強，因此在教學(xué)過程中必須堅持理論與實踐相結(jié)合，讓學(xué)生認(rèn)識到實驗學(xué)習(xí)的必要性，也能在實驗實操中深化對理論的認(rèn)知，提升自己的動手能力和實操技能，不斷拓展研究視野和思路。通過實驗教學(xué)，加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的理解，也實現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新思維的啟迪，讓學(xué)生理論聯(lián)系實踐，更好地分析問題，解決問題，理論的學(xué)習(xí)在實驗實操中加以驗證與鞏固。

一、實驗教學(xué)過程中存在的問題

（一） 實驗教學(xué)和課堂理論教學(xué)不能有機銜接

由于實驗場地有限、實驗設(shè)備數(shù)量不足、時間安排不及時等各方面原因，理論課之后的對應(yīng)實驗經(jīng)常不能立即進(jìn)行，使得學(xué)生沒有理解的抽象理論知識點不能及時地經(jīng)過實驗操作來加深理解，疑惑愈積累愈多，容易導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的喪失。以我院為例，全年級5～7個教學(xué)班用同一個實驗場地，理論上來說是可以滿足時間要求的，但是受整體的理論課排課時間約束，所有教學(xué)班的空余時間基本一致，使得實驗課時間被限制，無法滿足及時進(jìn)行相關(guān)知識的實驗的需求。

（二）實驗過程中高度依賴實驗箱

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，高校的實驗設(shè)備也不斷更新，設(shè)計出很多模塊化、集成化的綜合實驗箱或者實驗臺，讓學(xué)生操作更方便。我校的模擬電子線路實驗就是采用綜合性實驗臺，集成度很高，學(xué)生在實驗過程中只需按照實驗要求選擇實驗臺上的電路模塊和測試儀器即可。學(xué)生自己連線搭建電路步驟較少，課堂實驗多集中于教師指導(dǎo)要求下的電路調(diào)試與參數(shù)測定，學(xué)生也錯誤地將模擬電子線路實驗等同于教師動作的重復(fù)。學(xué)生沒有經(jīng)歷過自己具體選擇電路元器件，就理解不了實驗中元器件的參數(shù)識別、性能測試和如何選用，掌握不了基本單元電路的安裝方法、調(diào)試技能，無法很好地培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐和創(chuàng)新能力。同時實驗臺高度集成化，每個模塊都是固定的實驗內(nèi)容，基本都是驗證性實驗，不利于綜合性、設(shè)計性實驗的開展。

（三）現(xiàn)有考核模式不利于提高實驗效果

在模擬電子線路實驗教學(xué)中，給學(xué)生評定成績時往往是只針對學(xué)生所取得的實驗數(shù)據(jù)，考核指標(biāo)比較單一。只重視結(jié)果而不重視過程的考核機制不能真實反映學(xué)生的實驗水平與實踐能力。

二、兩項改革措施的實施

針對現(xiàn)階段模擬電子線路實驗課程中存在的上述問題，在實際教學(xué)中采取以下兩項改革措施。

（一）引入模擬電路仿真實驗

Multisim仿真軟件是美國國家儀器公司推出的電路仿真工具，具有較強的適用性，也是當(dāng)前電子線路模擬教學(xué)的得力助手，可用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作，具有豐富的仿真分析能力。在實驗場地安排不開的情況下，可以先讓學(xué)生在計算機上進(jìn)行仿真實驗，幫助理解知識，然后再到實驗室進(jìn)行實際操作實驗，驗證理論結(jié)論和觀察實驗現(xiàn)象，最后發(fā)現(xiàn)問題分析問題。

（二）利用學(xué)校的Blackboard平臺進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)

老師提前把部分驗證性實驗的操作過程錄制成教學(xué)視頻，上傳到平臺。這樣，在學(xué)生學(xué)習(xí)完理論，還沒有能夠進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗操作時，已經(jīng)能夠從平臺上看到整個實驗過程和實驗的實際現(xiàn)象，有助于對理論知識的理解，同時對剛開始接觸模擬電子線路實驗的學(xué)生起到很好的示范作用。到了設(shè)計性實驗部分，可以課前在平臺發(fā)布任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行資料搜集;課堂上抽取小組現(xiàn)場講解，同學(xué)之間進(jìn)行討論，教師做指導(dǎo)點評;實驗完后再在平臺上討論實驗中出現(xiàn)的問題和收獲。利用平臺也可以很好地監(jiān)測學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，進(jìn)而對考核機制進(jìn)行改革，加大對實驗準(zhǔn)備和操作過程的評價，不僅僅只看結(jié)果。

三、實驗教學(xué)內(nèi)容中不能忽視的三個問題

實驗是對理論的檢驗，所以在實驗過程中非常有必要對概念或者實驗中易出現(xiàn)錯誤的地方闡述清楚。下面我們就看在實驗過程中容易出現(xiàn)錯誤的地方。

（一）反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)

負(fù)反饋放大器的性能測試與分析是模擬電子技術(shù)實驗中的一個很重要的驗證性實驗，該實驗的目的是驗證負(fù)反饋對放大器性能的影響以及負(fù)反饋放大器各項技術(shù)指標(biāo)的測試方法。然而，很多實驗參考書中所采用的測量電路都存在概念性的錯誤。

首先應(yīng)該給學(xué)生講清楚無反饋放大電路和基本放大電路的區(qū)別：基本放大電路的主要特點是在電路中引入了負(fù)反饋，但除此之外，由于負(fù)反饋的引入，使電路也隨之出現(xiàn)了以幾種影響： ①輸入信號從輸入端到輸出端，在這個過程中會涉及電路的放大，會對應(yīng)相應(yīng)的反饋網(wǎng)絡(luò)信息。②反饋信號從輸出端傳輸?shù)捷斎攵?，也實現(xiàn)了電路的放大和網(wǎng)絡(luò)的反饋。③反饋電路對輸入信號起到分壓及分流的作用。④反饋網(wǎng)絡(luò)也會干擾輸出信號，有分流及分壓的輕微影響。綜合來說，無反饋的放大電路沒有反饋電路的既定特點，也不存在反饋引起的各種影響。

根據(jù)負(fù)反饋放大器的分析方法，開環(huán)電壓放大倍數(shù)[Av]是指在負(fù)反饋放大器中取掉反饋信號，保留反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)時的電壓放大倍數(shù)。因此，在測量開環(huán)電壓放大倍數(shù)[Av]時，必須對反饋放大電路的輸入、輸出回路做相應(yīng)的變換處理。由此在實驗過程中，必須考慮上述效應(yīng)，而不是簡單地去掉或者加上反饋網(wǎng)絡(luò)。在下面的實驗圖1（說明：圖1、圖2中均未畫出負(fù)載部分，但實際實驗時必須有）中可以看到反饋網(wǎng)絡(luò)是由[Rf1]和[Rf2]支路組成的，常見的求開環(huán)[Av]的不精確做法有以下情況：①僅僅把開關(guān)S1斷開就可以了，認(rèn)為去掉反饋就是開環(huán)狀態(tài)，這就是把上述的基本放大電路和無反饋放大電路的概念理解錯了。②把開關(guān)S1斷開，并且電阻[Rf2]左端通過導(dǎo)線接地。此種思路從放大電路的輸出回路來看，好像反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)已經(jīng)考慮進(jìn)去了，其實按照負(fù)反饋放大電路的放大分析，還應(yīng)考慮[Rf1]在輸出端的負(fù)載效應(yīng)，所以也是錯誤的。并且對于輸入回路來說，此種接法下只有[Rf1]的負(fù)載效應(yīng)體現(xiàn)出來了，并沒有考慮[Rf2]的，這也是錯誤的。③把[Rf2]并聯(lián)在T1管的發(fā)射極等。所以，正確的方法是同時考慮反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入回路和輸出回路的負(fù)載效應(yīng)，即按照圖2進(jìn)行開環(huán)放大倍數(shù)的計算?？紤]反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入回路的負(fù)載效應(yīng)時，需在T1管的發(fā)射極與地之間并聯(lián)上[Rf2]支路（包括電容[Cf]）;考慮反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出回路的負(fù)載效應(yīng)時，需在輸出端并聯(lián)由[Rf1]和[Rf2]組成的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。這樣測量的電壓放大倍數(shù)[Av]才是真正意義上的開環(huán)電壓放大倍數(shù)，與理論一致。

根據(jù)上述分析，實驗電路如圖2所示。測量開環(huán)電壓放大倍數(shù)時，將開關(guān)S1和A端同時接到B端，反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)就完全考慮進(jìn)去了。測量閉環(huán)放大倍數(shù)時，將開關(guān)S1和B端同時接到A端即可。

該電路經(jīng)過Multism實驗仿真驗證，結(jié)果表明圖1錯誤方法和圖2正確方法得到的結(jié)果差異非常小，如果是用實驗室實測電路來做，更難反映出來。因此，要給學(xué)生明確地講清楚原因，引起重視，避免概念的混亂。

（二） 運算放大器實驗中的注意事項

運算放大器實驗中，在講解和指導(dǎo)實驗的過程中，應(yīng)著重強調(diào)以下幾點：（1）在實驗開始前要粗測運算放大器好壞，可以用萬用表的電阻檔來實現(xiàn)。測試時要注意，不要用小電阻檔，以免測試電流過大;也不要用大電阻檔，以免電壓過高損壞運放。（2）調(diào)零消除失調(diào)誤差，保證運放精度。（3）相位補償消除高頻自激。（4）要注意過載保護(hù)措施。使用運放時要注意，不能超過其性能參數(shù)的極限值，比如電源電壓不能接反并注意電源退耦、最大輸入電壓范圍等。（5） 運放同相端和反相端的電阻平衡對減小運放失調(diào)的重要性。

（三）實驗過程中放大電路干擾、噪聲抑制和自激振蕩的消除

作為典型的弱電系統(tǒng)，放大電路靈敏度很高，也使得其更容易受到外界和內(nèi)部不規(guī)則信號的干擾。一些噪聲、干擾信息等會導(dǎo)致電路信號的觀察與測量有失準(zhǔn)確，嚴(yán)重的情況下會破壞放大電路的工作系統(tǒng)。因此，我們必須重視干擾信息，積極抑制或者消除干擾元素，確保放大電路測量結(jié)果的真實與穩(wěn)定。

1.把放大電路輸入短路，在放大電路輸出端可測量到一定的噪聲和干擾電壓。而這些干擾電壓的來源是變壓器或者交流線，此外電路周圍的電磁波信號也是常見的干擾因素。當(dāng)前的實驗室對應(yīng)的試驗臺運用分立元件連線的方式，容易受到外界的干擾。因此，實驗調(diào)試的過程中我們必須重點預(yù)防噪聲與干擾信息的抑制，變被動為主動，通過合理的電路連線，通過接地點的合理選取，將干擾影響降到最小。

2.自激振蕩的消除

自激振蕩的頻率對應(yīng)的數(shù)值處于兩極狀態(tài)，要么極高，要么極低，頻率也伴隨放大電路的元件參數(shù)而變化，稍微小的連接導(dǎo)線的撥動也會導(dǎo)致頻率的變化。而高頻振蕩產(chǎn)生的主因是連線的不合理。因此必須確保線路連接的合理與穩(wěn)定?？梢試L試用1000PF左右的電容分別接地及管子的輸入端，找到抑制震蕩的關(guān)鍵點，在此處外接一個合適的電阻電容或單一電容，開展高頻濾波或者負(fù)反饋實驗，以此實現(xiàn)放大電路高頻信號的減壓，或者移動高頻電壓的相位達(dá)到高頻震蕩抑制的目的。而與高頻震蕩對應(yīng)的是低頻震蕩，其產(chǎn)生主因是各級放大電路共享一個直流電源，最有效也是最常用的解決辦法則是在各級放大電路之間增加“去耦電路”R和C。

四、結(jié)語

教師應(yīng)該通過教學(xué)實踐不斷發(fā)現(xiàn)新的問題，研究新的方法，以適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。本文對模擬電子線路實驗教學(xué)過程和實驗教學(xué)內(nèi)容出現(xiàn)的眾多問題進(jìn)行了分析。作為教師，既要不斷隨著學(xué)生群體的特點改革教學(xué)方法、教學(xué)模式來提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和取得好的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力，同時更要加強對于教學(xué)內(nèi)容的不斷探索和深化。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 郭翌，孔慶生，王勇.模擬與數(shù)字電路基礎(chǔ)實驗教學(xué)改革與探索[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2016（14）：142-144.

[2] 王春靜.模擬電路實驗教學(xué)改革與探索[J].大學(xué)教育，2015（6）：78-79.

[3] 李志軍，陳萬培，于衛(wèi).《模擬電路》實驗教學(xué)改革探討[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2013（11）：78-80.

[4] 黃慧敏.《模擬電子技術(shù)》實驗教學(xué)改革的探索[J].實驗室科學(xué)，2009（1） ： 62-63.

[5] 李銀輪.電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路中開環(huán)電壓放大倍數(shù)的測量[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005（33）：35-36.

[6] 孟慶忠.反饋網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載效應(yīng)[J].大學(xué)物理，1995（7）：15-17.

[7] 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：北京高等教育出版社，2002：263-265.

[8] 王勇.“模擬與數(shù)字電路實驗”的課程設(shè)置[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2007（2）：6-10.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]