以賽促教：模擬電子技術(shù)實驗的改革與實踐

胡 娟，趙 磊，郭一軍

（黃山學院 機電工程學院，安徽 黃山 245041）

0 引 言

2019 年安徽省學科和技能競賽電子類（電子信息、電氣、自動化、儀器類）專業(yè)水平測試賽（皖南片區(qū)）在安徽工程大學舉行。電子類專業(yè)水平測試賽是安徽省教育廳主導的專業(yè)類水平測試競賽，是面向本科學生的學業(yè)水平評估活動。本次測試賽分為理論考核和實驗考核兩個環(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。此次比賽既是對學生專業(yè)基礎(chǔ)知識和實際操作能力的考核，更是對學校人才培養(yǎng)質(zhì)量和基礎(chǔ)課程教育教學水平的重要檢閱。努力提高參賽學生專業(yè)基礎(chǔ)技能成為模擬電子技術(shù)實驗改革的重要方向[1]。

1 實驗改革的必要性

如何通過競賽夯實“三電類”課程教學效果，進一步提高人才培養(yǎng)質(zhì)量迫在眉睫。根據(jù)模擬電子技術(shù)實驗課程教學大綱的要求，目前多數(shù)項目為經(jīng)典電路驗證實驗，設(shè)計性不強、綜合性不高。學生基本都是在實驗箱和實驗?zāi)K的基礎(chǔ)上連線測試，缺少對具體元器件及電路的認識，更沒有動手焊接的操作經(jīng)驗，造成了模擬電子技術(shù)實驗與電子類專業(yè)水平測試賽嚴重脫節(jié)的現(xiàn)象。因此，在不刪減原有實驗項目的前提下，將原有的插線式操作方法改革成實際電路的搭建，從原理設(shè)計、元器件選擇到電路的焊接調(diào)試，充分調(diào)動學生的學習積極性，提高學生的動手能力，才能循序漸進適應(yīng)大賽要求。

2 改革前的實驗舉例

以運算放大電路為例，原來的實驗內(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生對該實驗課程的輕視，多數(shù)學生沒有分析電路本身原理以及如何實現(xiàn)功能的意愿，只是機械地按步驟完成任務(wù)，抄寫實驗報告。正是因為缺少平時的設(shè)計訓練，學生動手能力差，導致參賽時的迷茫，體會到挫敗感和自信心的打擊。因此，亟需一場可以加強學生實驗課的學習效果，也可以使學生提高設(shè)計、調(diào)試電路能力的實驗教學改革。讓學生更好地適應(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)實驗的改革與實踐

針對雙端輸入求和電路，改革后以運算放大器芯片LM358為核心芯片，選擇適當?shù)碾娮杵骷?。以Vi1、Vi2為輸入信號，實現(xiàn)Vo1=-2Vi1+1.5Vi2與Vo2=2Vi1-1.5Vi2運算。具體要求：畫出實驗原理圖，在圖上標注電阻的阻值、測試點，并說明輸入信號的形式與相應(yīng)的參數(shù)；在面包板上搭建所設(shè)計的實驗電路，完成實驗驗證；在實驗萬用板上焊接調(diào)試所設(shè)計的實驗電路，實現(xiàn)電路功能。

3.1 電路設(shè)計原理

如圖1所示，運算放大器工作狀態(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時的各個電阻阻值。

如圖2 所示，在實驗預習報告上學生可以使用Multisim軟件進行原理圖仿真[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，學生可從教師那領(lǐng)取所需阻值的電阻、面包板和芯片LM358，進行實際電路的連接，如圖4所示。實驗室所用直流穩(wěn)壓電源GPD-3303S 為3 端輸出，因此芯片4 管腳接地，運放選擇單電源輸入。驗證Vi1取1V，Vi2取2.5V 時，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)果使得學生必須思考其原因：LM358 單電源輸入時，沒有負電位參考點，只能輸出正電壓。至此教師可以鼓勵學生查找資料，努力找到解決這一問題的辦法，增加其解決實際問題的能力。

圖4 面包板搭建雙端輸入求和電路

3.3 實驗萬用板電路測試

完成面包板電路指定參數(shù)及波形測量之后，學生可領(lǐng)取器件和萬用板，接著在實驗臺上焊接電路。在整個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。如果實驗結(jié)果不對則需耐心分析原因，修正后再次調(diào)試。最終由實測波形可 知，當 輸 入Vi1為2.5V，Vi2為1V 時，輸 出Vo2為3.42V，接近計算值3.5V。學生不僅提高了動手能力，還能更好地掌握相應(yīng)的理論知識。

4 結(jié)束語

本次模擬電子技術(shù)實驗的改革與實踐讓學生對基礎(chǔ)模電電路設(shè)計有了初步認識，激發(fā)了學生的實驗熱情，將理論結(jié)合實際，鍛煉學生的專業(yè)基礎(chǔ)綜合技能。其他兩門電子基礎(chǔ)課程實驗也應(yīng)做出改革，選擇合適的實驗項目，指引學生獨立思考，動手操作。此外，可以結(jié)合電路仿真軟件以及硬件畫圖軟件，讓學生嘗試復雜電路的設(shè)計，為今后參加更高層次的電子設(shè)計大賽夯實基礎(chǔ)。改革電子技術(shù)實驗可以提高學生學習積極性的同時增強學生的自信心，更好地將所學理論知識應(yīng)用在實際工作中，提高專業(yè)綜合能力。以賽促教、以賽促學，還可以提升教師隊伍教學水平，鞏固學科專業(yè)基礎(chǔ)知識，促進高校實施素質(zhì)教育。