胡 娟，趙 磊，郭一軍

（黃山學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，安徽 黃山 245041）

0 引 言

2019 年安徽省學(xué)科和技能競賽電子類（電子信息、電氣、自動(dòng)化、儀器類）專業(yè)水平測試賽（皖南片區(qū)）在安徽工程大學(xué)舉行。電子類專業(yè)水平測試賽是安徽省教育廳主導(dǎo)的專業(yè)類水平測試競賽，是面向本科學(xué)生的學(xué)業(yè)水平評(píng)估活動(dòng)。本次測試賽分為理論考核和實(shí)驗(yàn)考核兩個(gè)環(huán)節(jié)，測試的內(nèi)容主要為《電路分析基礎(chǔ)》、《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》3 門專業(yè)基礎(chǔ)課程。此次比賽既是對(duì)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)際操作能力的考核，更是對(duì)學(xué)校人才培養(yǎng)質(zhì)量和基礎(chǔ)課程教育教學(xué)水平的重要檢閱。努力提高參賽學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)技能成為模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)改革的重要方向[1]。

1 實(shí)驗(yàn)改革的必要性

如何通過競賽夯實(shí)“三電類”課程教學(xué)效果，進(jìn)一步提高人才培養(yǎng)質(zhì)量迫在眉睫。根據(jù)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)大綱的要求，目前多數(shù)項(xiàng)目為經(jīng)典電路驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性不強(qiáng)、綜合性不高。學(xué)生基本都是在實(shí)驗(yàn)箱和實(shí)驗(yàn)?zāi)K的基礎(chǔ)上連線測試，缺少對(duì)具體元器件及電路的認(rèn)識(shí)，更沒有動(dòng)手焊接的操作經(jīng)驗(yàn)，造成了模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與電子類專業(yè)水平測試賽嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象。因此，在不刪減原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的前提下，將原有的插線式操作方法改革成實(shí)際電路的搭建，從原理設(shè)計(jì)、元器件選擇到電路的焊接調(diào)試，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，才能循序漸進(jìn)適應(yīng)大賽要求。

2 改革前的實(shí)驗(yàn)舉例

以運(yùn)算放大電路為例，原來的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為電壓跟隨器、反相比例放大電路、同相比例放大電路、反相求和放大電路和雙端輸入求和放大電路。按圖連接電路后分別在輸入端調(diào)節(jié)直流輸入電壓，用萬用表測量輸出電壓，與理論值進(jìn)行比較并分析誤差[2]。其中，雙端輸入求和放大電路如圖1 所示，數(shù)據(jù)表格如表1所示。

圖1 雙端輸入求和電路

表1 雙端輸入求和電路數(shù)據(jù)

枯燥的接線測試造成學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)課程的輕視，多數(shù)學(xué)生沒有分析電路本身原理以及如何實(shí)現(xiàn)功能的意愿，只是機(jī)械地按步驟完成任務(wù)，抄寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。正是因?yàn)槿鄙倨綍r(shí)的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，學(xué)生動(dòng)手能力差，導(dǎo)致參賽時(shí)的迷茫，體會(huì)到挫敗感和自信心的打擊。因此，亟需一場可以加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)效果，也可以使學(xué)生提高設(shè)計(jì)、調(diào)試電路能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。讓學(xué)生更好地適應(yīng)電子類專業(yè)水平測試，以滿足應(yīng)用型本科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求[3]。

3 模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的改革與實(shí)踐

針對(duì)雙端輸入求和電路，改革后以運(yùn)算放大器芯片LM358為核心芯片，選擇適當(dāng)?shù)碾娮杵骷?。以Vi1、Vi2為輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)Vo1=-2Vi1+1.5Vi2與Vo2=2Vi1-1.5Vi2運(yùn)算。具體要求：畫出實(shí)驗(yàn)原理圖，在圖上標(biāo)注電阻的阻值、測試點(diǎn)，并說明輸入信號(hào)的形式與相應(yīng)的參數(shù)；在面包板上搭建所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路，完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；在實(shí)驗(yàn)萬用板上焊接調(diào)試所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路，實(shí)現(xiàn)電路功能。

3.1 電路設(shè)計(jì)原理

如圖1所示，運(yùn)算放大器工作狀態(tài)下，滿足虛斷i+=i-=0，虛短V+=V-[4]。列基爾霍夫電流方程：

取R1、R2為10KΩ 電 阻，則RF為20KΩ，R3為10KΩ。同理可得Vo2=2Vi1-1.5Vi2時(shí)的各個(gè)電阻阻值。

如圖2 所示，在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告上學(xué)生可以使用Multisim軟件進(jìn)行原理圖仿真[5]，雙端輸入求和仿真結(jié)果如圖3所示，滿足Vo1=-2Vi1+1.5Vi2。

圖2 雙端輸入求和仿真電路

圖3 雙端輸入求和仿真結(jié)果

3.2 面包板電路測試

電路參數(shù)確定后，學(xué)生可從教師那領(lǐng)取所需阻值的電阻、面包板和芯片LM358，進(jìn)行實(shí)際電路的連接，如圖4所示。實(shí)驗(yàn)室所用直流穩(wěn)壓電源GPD-3303S 為3 端輸出，因此芯片4 管腳接地，運(yùn)放選擇單電源輸入。驗(yàn)證Vi1取1V，Vi2取2.5V 時(shí)，測得輸出Vo1為1.75V，但是Vo2并不是理想中的-1.75V。該測試結(jié)果使得學(xué)生必須思考其原因：LM358 單電源輸入時(shí)，沒有負(fù)電位參考點(diǎn)，只能輸出正電壓。至此教師可以鼓勵(lì)學(xué)生查找資料，努力找到解決這一問題的辦法，增加其解決實(shí)際問題的能力。

圖4 面包板搭建雙端輸入求和電路

3.3 實(shí)驗(yàn)萬用板電路測試

完成面包板電路指定參數(shù)及波形測量之后，學(xué)生可領(lǐng)取器件和萬用板，接著在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上焊接電路。在整個(gè)焊接過程中需要思考元器件的布局美觀性以及走線的合理性。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果不對(duì)則需耐心分析原因，修正后再次調(diào)試。最終由實(shí)測波形可 知，當(dāng) 輸 入Vi1為2.5V，Vi2為1V 時(shí)，輸 出Vo2為3.42V，接近計(jì)算值3.5V。學(xué)生不僅提高了動(dòng)手能力，還能更好地掌握相應(yīng)的理論知識(shí)。

4 結(jié)束語

本次模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的改革與實(shí)踐讓學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)模電電路設(shè)計(jì)有了初步認(rèn)識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，將理論結(jié)合實(shí)際，鍛煉學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)綜合技能。其他兩門電子基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)也應(yīng)做出改革，選擇合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，指引學(xué)生獨(dú)立思考，動(dòng)手操作。此外，可以結(jié)合電路仿真軟件以及硬件畫圖軟件，讓學(xué)生嘗試復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)，為今后參加更高層次的電子設(shè)計(jì)大賽夯實(shí)基礎(chǔ)。改革電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生的自信心，更好地將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用在實(shí)際工作中，提高專業(yè)綜合能力。以賽促教、以賽促學(xué)，還可以提升教師隊(duì)伍教學(xué)水平，鞏固學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，促進(jìn)高校實(shí)施素質(zhì)教育。