電子技術實驗平臺的設計與改進

謝銳　陳崇輝

摘 要：電子技術課程理論復雜、知識抽象，學生普遍理解困難，實驗課程的教學質量直接影響到學生對該課程的理解。因此，簡單明了、設計合理而又人性化的實驗電路板更有助于教學質量的提高。研究對象為華南理工大學廣州學院電工電子實驗中心，首先對舊實驗電路板在教學過程存在的各種問題作總結和分析，然后，在舊實驗電路板基礎上改進，設計出新的實驗電路板。

關鍵詞：模電；數(shù)電；教學

電子技術實驗室設備大部分與理論教學配套齊全，但是，老師們普遍反映該套實驗設備陳舊落后，影響教學質量，因此，根據(jù)教學過程反饋出的問題，設計了一套科學、合理而人性化的實驗設備。

1 舊實驗電路板

圖1和圖2是實現(xiàn)常用模擬電子（模電）和數(shù)字電子（數(shù)電）實驗的電路板基本功能平臺，其中，圖1為單管/負反饋兩級放大器實驗電路板，實驗功能為晶體管共射極單管放大電路和兩級阻容耦合放大電路與負反饋[1]；圖2為多功能實驗面板，包含了集成運算放大器應用電路和加法器、數(shù)據(jù)選擇器、觸發(fā)器、集成計數(shù)、譯碼顯示電路、定時器、電子秒表等。

該套電路板教學過程存在諸多問題，第一，從實驗功能角度分析，該實驗平臺雖然功能強大，包含了模電和數(shù)電常見的基礎電路，但是該平臺實驗功能內容密度高，對學生來說，實驗初始階段顯得非常不直觀和理解困難，直接造成恐懼心理[2]。例如圖2，實驗面板包含的接線孔數(shù)量多而密集，容易造成視覺上的疲勞和復雜感[3-4]；第二，對教學來說，增加了老師在實驗課程前的準備工作，例如，單管/負反饋兩級放大器對應的原理圖3，設置了幾處外接電阻，如RL、Rc，實驗開始之前需要準備好給學生，但是在實驗結束之后容易丟失、各種電阻容易重復混在一起。這個問題不僅在圖1的實驗里有體現(xiàn)，在其他實驗內容里面同樣存在，在管理方面增加了不少工作量[5]。第三，從設備維護角度來說，由于電路功能模塊較多，學生使用不當造成的元器件損壞概率就增大[6]，維修過程需要拆開整個實驗面板，實驗面板體積大，重量大，螺絲多，維修起來非常不方便。

2 新實驗電路板

2.1 單管/負反饋兩級放大器新實驗板

根據(jù)對舊電路板缺點分析，在功能不減少前提下，重新設計了4塊實驗電路板。圖4為單管/負反饋兩級放大器新實驗板，該電路板在圖1基礎上進行了多方面改進，首先，該實驗電路板在原來基礎上增大了兩級放大電路的間隔，大部分元器件焊接在底面，上表面只畫有電路圖和符號，相對比圖1的舊電路板而言，從視覺上更直觀、簡單、明了；其次，需要外接的獨立電阻設置安裝在接線鄰近位置，例如，圖中負載電阻RL，當需要使用的時候，只要兩條接線即可，方便調試和接線，使用過程，不易丟失，而且，元器件之間接觸性能更好。再次，增加了直流穩(wěn)壓電源實驗，該實驗電路簡單，元器件少，因此布局在同一塊實驗板上；該塊電路板體檢小，非常輕便，而且固定螺絲只有四顆，元器件數(shù)量少，因此維修非常方便。

2.2 集成運算放大器運算電路實驗電路板

圖5為集成運算放大器運算電路實驗電路板[1]，該實驗電路板同樣采取圖4的布局特點，除了集成芯片，表面不放置任何元器件，只保留了電路圖符號與參數(shù)值。就實驗內容而言，對比舊實驗面板，該實驗的集成芯片引腳標注是一大人性化特點，在實驗過程，根據(jù)標注，學生更方便檢查接線。另外，實驗電路板排布的電阻、電容等元器件都是根據(jù)集成芯片的應用電路所需，緊湊而無多余，布局合理又方便[6]。

2.3 加法器、數(shù)據(jù)選擇器與觸發(fā)器等實驗電路板

圖6實驗內容包含了多種集成芯片應用電路，有或門、與門、非門、數(shù)據(jù)選擇器、全加器和觸發(fā)器等[1]。這些集成芯片合理有序的分布在特定位置，實驗過程方便接線，減少接線交叉。

2.4 定時器和電子秒表實驗電路板

圖7實驗內容包含了三種芯片應用電路，包括與非門74LS00、計數(shù)器74LS192和555集成芯片，這三種芯片組合可以實現(xiàn)集成計數(shù)、譯碼、顯示電路、電子秒表[1]。

3 教學效果

新的模電、數(shù)電實驗電路板已經(jīng)投入實驗教學環(huán)節(jié)半年時間，總結出具有以下優(yōu)點，第一，由于電路板的元器件布局已經(jīng)考慮到電路連接最佳位置，減少接線復雜度，因此，學生可以更加集中精力去驗證理論內容；第二，四種類型實驗電路板設置大小一樣，實驗室老師日常管理維護更方便；第三，針對課堂實驗內容，每一塊實驗電路板都內容獨立[7]，方便老師講解。根據(jù)抽樣班級實驗情況，同一個實驗內容，學生完成時間比原來大約縮短了三十分鐘，新實驗電路板教學效果顯著提高。見表1抽樣班級實驗完成時間，其中13級和14級學生分別使用舊實驗電路板和新實驗電路板。

4 結束語

新實驗電路板已經(jīng)成功使用在實驗教學，教學質量得到跨步提高。實踐表明，模電與數(shù)電實驗電路板設計科學、合理。

參考文獻

[1]華南理工大學廣州學院電氣工程學院.電工電子技術實驗指導[M].廣州：華南理工大學出版社，2012：75-145.

[2]孫盾，田社平，范承志，等.結合實驗功能電路提升模電學習興趣[J].實驗技術與管理，2015，32（2）：176-181.

[3]趙青梅.改革高職模電課程，加強實踐教學力度[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008，8：119-121.

[4]趙青梅.模電教學中的形象思維[J].電氣電子教學學報，2001，23（6）：104-105.

[5]李萍. 提高數(shù)字電路實驗質量的三個環(huán)節(jié)[J].云南民族學院學報（自然科學版），1999，8（3）：69-71.

[6]李曦雯.高校實驗室儀器設備維修管理的探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010，5：15-17.

[7]王培開.淺談PCB 元器件布局與布線策略[J].廣西教育，2008，30：51-53.

作者簡介：謝銳（1988-），男，廣東省陽春市人，助理實驗師，研究方向：電子技術應用。