時(shí)間:2023-03-22 17:37:15
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1.1以職業(yè)崗位能力分析和國(guó)家職業(yè)技能的要求為依據(jù)來進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的選取
對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)職業(yè)崗位能力進(jìn)行分析,《模擬電子技術(shù)》課程專業(yè)技能有:電子元器件應(yīng)用技能,電子電路應(yīng)用技能,電子電路設(shè)計(jì)技能,電子產(chǎn)品安裝、調(diào)試及初步開發(fā)技能;《模擬電子技術(shù)》課程能力拓展有:本課程工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。在確定了《模擬電子技術(shù)》課程的技能要求后,再以各類電子電路為載體,來確定教學(xué)內(nèi)容。
1.2教學(xué)內(nèi)容的選取充分體現(xiàn)職業(yè)技能和綜合素質(zhì)訓(xùn)練的特點(diǎn)
通過對(duì)企業(yè)職業(yè)崗位的調(diào)研,根據(jù)高職高專教學(xué)理論及職業(yè)崗位知識(shí)能力要求分析本課程,把實(shí)用電子電路如直流穩(wěn)壓電源、晶體管延時(shí)釋放電路、正弦波振蕩電路、音頻功率放大器等電子產(chǎn)品的制作與調(diào)試作為教學(xué)的主線,按電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析,分解成若干個(gè)項(xiàng)目,每一個(gè)項(xiàng)目中又用若干個(gè)任務(wù)來承載,以任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的方式,體現(xiàn)對(duì)學(xué)生職業(yè)技能和綜合素質(zhì)的訓(xùn)練。
1.3構(gòu)建《模擬電子技術(shù)》課程體系
首先,《模擬電子技術(shù)》課程要學(xué)習(xí)基本電子器件,這部分內(nèi)容要突出各種電子器件的基本結(jié)構(gòu)、工作特性、主要參數(shù)及應(yīng)用這條主線;其次,電子電路部分,要從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的角度分析電路的工作情況,這部分內(nèi)容要突出放大電路的三種組態(tài)這條主線。
2多種教學(xué)方法和手段在課程教學(xué)中的有機(jī)結(jié)合
2.1傳統(tǒng)板書教學(xué)與多媒體技術(shù)教學(xué)相結(jié)合
《模擬電子技術(shù)》作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課,理論教學(xué)是必要的而且是重要的,學(xué)生只有掌握了必須的和夠用的基本理論,才能進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)。傳統(tǒng)的理論教學(xué)手段是“粉筆+板書”的模式,這種教學(xué)手段便于學(xué)生與教師的直接交流,有效信息保留的時(shí)間長(zhǎng),便于學(xué)生思考和記筆記,特別是對(duì)電子電路圖的來龍去脈有清晰的理解和認(rèn)識(shí),但畫圖費(fèi)時(shí)間,影響了教學(xué)的進(jìn)程,教學(xué)效率較低。采用電化多媒體教學(xué),教師能從大量的板書解脫出來,可以預(yù)先將大量的教學(xué)信息存儲(chǔ)起來,并且可以反復(fù)取出,不斷加深學(xué)生的印象,但有效信息保存的時(shí)間過短,不利于學(xué)生的思考和記筆記。實(shí)踐證明,傳統(tǒng)板書教學(xué)手段在模電教學(xué)中,優(yōu)勢(shì)更明顯,特別對(duì)高職學(xué)生來說,更加適用,故筆者堅(jiān)持一堂課三分二時(shí)間用板書教學(xué),三分之一時(shí)間用多媒體教學(xué)。
2.2引入實(shí)例,激發(fā)求知欲望
目前,大部分高職學(xué)生對(duì)理論學(xué)習(xí)興趣不大,如果不改進(jìn)教學(xué)方法,勢(shì)必會(huì)使學(xué)生越來越厭學(xué),到頭來大部分學(xué)生理論不懂,技能也不會(huì)。因此,根據(jù)高職學(xué)生的職業(yè)要求和模電在日常生活中的應(yīng)用情況,在課堂教學(xué)中應(yīng)該努力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,古語云:“好之者不如樂之者”,這充分說明,能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣對(duì)學(xué)好一門課程的重要性。因此在每一個(gè)課程單元的講授中,都需引入與之相關(guān)的示例,譬如,講授到二極管這一單元時(shí),先引入實(shí)際中的直流穩(wěn)壓電源這一實(shí)例,可以是實(shí)物也可以是圖片,再說明沒有二極管,也就不可能得到直流電源,學(xué)生的興趣上來后,再講解二極管的基本結(jié)構(gòu)、工作特性及主要參數(shù),這樣可以讓學(xué)生在精神振奮中愉快地接收這個(gè)知識(shí)單元。
2.3精心備課、激情講解
對(duì)于高職學(xué)生來說,精心備課、激情講解尤為重要,因?yàn)楦呗殞W(xué)生基礎(chǔ)相對(duì)較差,理論知識(shí)的接受相對(duì)緩慢,稍不留意,就會(huì)出現(xiàn)上課講話或打瞌睡的情況,激情的講解,巧妙的提問可以緩解這種現(xiàn)象。2.4反復(fù)練習(xí),進(jìn)行章節(jié)測(cè)試在平時(shí)的教學(xué)中,根據(jù)內(nèi)容的重、難點(diǎn),反復(fù)練習(xí),從而達(dá)到鞏固所學(xué)知識(shí)的目的。嚴(yán)格的練習(xí)和測(cè)驗(yàn),還能使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和嚴(yán)肅認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度。
2.5進(jìn)行課外質(zhì)疑
課后立即抽一部分學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行質(zhì)疑,以反思教與學(xué)的情況,同時(shí)也帶動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。
2.6組織班級(jí)學(xué)習(xí)小組
高職學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性相對(duì)較差,為了改變這種現(xiàn)象,先組織一部分班級(jí)學(xué)習(xí)成績(jī)較好的同學(xué),成立學(xué)習(xí)小組,每周活動(dòng)一次,任課教師到場(chǎng)指導(dǎo),以部分帶動(dòng)全部,班級(jí)的學(xué)習(xí)積極性有了很大的提高。
2.7學(xué)生模擬講課
提前一周把需要模擬講課的內(nèi)容告知學(xué)生,模擬講課的時(shí)間控制在10分鐘左右,學(xué)生準(zhǔn)備教案,老師檢查并提出修改意見,學(xué)生講完后,進(jìn)行學(xué)生互評(píng)、教師點(diǎn)評(píng)、教學(xué)補(bǔ)充。這樣有助于鍛煉和提高學(xué)生的社會(huì)交際能力;有助于學(xué)生表達(dá)能力的提高;有助于營(yíng)造教學(xué)相長(zhǎng)的學(xué)習(xí)氛圍;有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。
2.8進(jìn)行課外制作
精選10個(gè)左右實(shí)際應(yīng)用電路,如:可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、水位開關(guān)、觸摸開關(guān)、聲光控節(jié)能燈、耳放電路、音頻功率放大器等。在講授相應(yīng)部分的理論內(nèi)容之前開始布置題目,這樣學(xué)生就會(huì)帶著問題聽課,要我學(xué)變成了我要學(xué)。該部分理論內(nèi)容講授完后,學(xué)生就要去購買元器件,進(jìn)行焊接制作,在制作過程中,學(xué)生對(duì)實(shí)際的電子元器件的工作原理、主要參數(shù)、管腳判別就有了新的認(rèn)識(shí)。要求每個(gè)學(xué)生單獨(dú)制作,一周后老師進(jìn)行驗(yàn)收,并記錄平時(shí)成績(jī)。沒有通過的,展開討論,查找原因,這樣既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力又促進(jìn)了理論的學(xué)習(xí)。
2.9參加技能大賽
提升創(chuàng)新能力、實(shí)際工程應(yīng)用能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力在班級(jí)成立興趣小組,利用課外時(shí)間進(jìn)行科技活動(dòng),指導(dǎo)他們繪制PCB板圖,并利用制版機(jī)設(shè)備自行加工制造PCB板,使學(xué)生掌握電子線路設(shè)計(jì)的全過程,為他們以后參加各類電子設(shè)計(jì)大賽打下良好的基礎(chǔ)。
2.10仿真訓(xùn)練
利用EWB仿真軟件對(duì)模擬電子技術(shù)中的單元電路進(jìn)行仿真。由于教學(xué)時(shí)數(shù)的限制,教師在課堂上只須簡(jiǎn)要的講解該軟件的使用方法,其余留給學(xué)生自學(xué)。每講完一個(gè)單元電路,就布置EWB仿真作業(yè),并記錄平時(shí)成績(jī),這樣能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性,培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力和方法能力。
3實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革
《模擬電子技術(shù)》課程作為一門應(yīng)用技術(shù),具有很強(qiáng)的實(shí)踐性,必須加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生技能的重要途徑,能夠有效地提高學(xué)生分析問題、解決問題及理論聯(lián)系實(shí)踐的綜合素質(zhì)。實(shí)驗(yàn)必須由驗(yàn)證性、綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三部分組成。目前,大部分學(xué)校都是教師少、實(shí)驗(yàn)時(shí)間短(一個(gè)實(shí)驗(yàn)基本上是兩節(jié)課),為了解決這個(gè)矛盾,要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)前必須預(yù)習(xí)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)項(xiàng)目,實(shí)驗(yàn)的每一步就是一個(gè)子項(xiàng)目,指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)過程中,對(duì)每一個(gè)子項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收,現(xiàn)場(chǎng)評(píng)分,這樣極大地提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性,對(duì)提前做完的學(xué)生,加做實(shí)驗(yàn),驗(yàn)收通過后加分。
4考核方式的改革
考核模式不但要注重理論,還要注重技能的考核,這樣才能使教師的教學(xué)重點(diǎn)放在必要的理論與技能并重培養(yǎng)上來。具體考核模式為:綜合成績(jī)(100分)=理論考試成績(jī)(40分)+平時(shí)成績(jī)(考勤、作業(yè)、EWB仿真,課堂提問,10分)+課外質(zhì)疑及學(xué)習(xí)小組活動(dòng)(10分)+課外制作作品(20分)+實(shí)驗(yàn)(20分),其中,任何一項(xiàng)成績(jī)達(dá)不到本身所占成績(jī)的60%,視為綜合成績(jī)不及格。這樣能使學(xué)生自始至終地重視整個(gè)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。
5結(jié)語
高職院校的學(xué)生并不擅長(zhǎng)純理論的學(xué)習(xí),如果在學(xué)習(xí)模電這門課程時(shí),先進(jìn)行一些感性認(rèn)識(shí)的教學(xué)環(huán)節(jié),他們往往更容易學(xué)習(xí)這門課程??茖W(xué)家愛因斯坦說過:“興趣是最好的老師”。因此,在講授模電這門課程時(shí),在講完緒論以后首先由老師做一些電子方面的趣味實(shí)驗(yàn),以激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心,以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的積極性。如果有條件讓學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手做一些較簡(jiǎn)單的電子實(shí)驗(yàn),這些實(shí)驗(yàn)不僅能提高興趣,又讓他們認(rèn)識(shí)了一些電子器件及特性,使今后在講授各種電子器件時(shí)不再空洞乏味。
2要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維方式的轉(zhuǎn)變
模電作為一門技術(shù)基礎(chǔ)課,有其自有的特點(diǎn)和規(guī)律,其課程更重視理論與實(shí)踐的結(jié)合。一般教學(xué)計(jì)劃都是電工基礎(chǔ)安排在模電課程之前來作為模電的基礎(chǔ)課程,但如果不加分析地用電工基礎(chǔ)的分析方法去分析模電,可能不會(huì)得到正確的結(jié)論。模電的理論有其自身的特點(diǎn),表現(xiàn)在:第一,模電主要的電子器件二級(jí)管、三級(jí)管都是非線性器件,這與線性電路的分析和計(jì)算是有很大區(qū)別。第二,模電的分析都是直流加交流的分析方法,即直流通道和交流通道。直流通道決定靜態(tài)工作點(diǎn),而交流通道是信號(hào)的通道。第三,反饋網(wǎng)絡(luò)是模電經(jīng)常使用的電路,不管是運(yùn)算放大器還是振蕩器都必須有反饋網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成。以上幾點(diǎn)正是學(xué)生學(xué)習(xí)模電的難點(diǎn),因此在講課過程中,要讓學(xué)生了解這些特點(diǎn)與難點(diǎn),調(diào)整思維方式和學(xué)習(xí)方法,使學(xué)生能夠正確把握這門課程的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。以下通過幾個(gè)實(shí)例說明如何引導(dǎo)學(xué)生思維方式的轉(zhuǎn)變。
2.1非線性電路與估算
在模電中常用的二極管、三極管的伏安特性為非線性,一般稱為非線性元件,而電阻、直流電源的伏安特性為線性,一般稱為線性元件。在模電中線性元件與非線性元件共同組成各種電路,那么電路的計(jì)算問題在電工基礎(chǔ)中并未涉及,那么計(jì)算這種電路目前使用估算法、圖解法。有的同學(xué)往往提出為什么不用解析法,而那樣計(jì)算的不是更精確嗎?在講解這類問題時(shí)要給學(xué)生講清楚估算法在工程計(jì)算中是非常重要的,它能使有些計(jì)算問題變得簡(jiǎn)單,能較快地解決實(shí)際問題,而用解析法,一是目前學(xué)生的數(shù)學(xué)知識(shí)不能解決這種問題,二是如果能用高等數(shù)學(xué)的方法解決,但過程過于繁雜,雖然計(jì)算精度高,但與估算結(jié)果差距不大。因此在這里要讓學(xué)生思維方式有一個(gè)轉(zhuǎn)變。
2.2放大電路的直流通路與交流通路
在模電的放大電路中,直流通路和交流通路的分析也是模電獨(dú)特的電路分析方法,由于二極管、三極管中PN結(jié)死區(qū)電壓的存在,必須在交流信號(hào)通過放大電路時(shí)有一個(gè)直流電壓及電流的存在,這樣才能保證交流信號(hào)不失真地通過放大電路。這也是學(xué)生需思維轉(zhuǎn)變的一個(gè)重要方面。對(duì)于三極管、電阻、電容、電感、電源等電子元器件,它們分別在直流電及交流信號(hào)激勵(lì)作用下的不同響應(yīng)決定了它們?cè)谥绷麟娂敖涣餍盘?hào)中所起的不同作用,這些都是分析復(fù)雜放大電路的基礎(chǔ)。很難想象不清楚放大電路直流通路和交流通路的學(xué)生能夠?qū)W習(xí)好這門課程。
3通過課程綜合實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的整體水平
由于模電是一門與實(shí)踐聯(lián)系非常密切的技術(shù)基礎(chǔ)課,通過一些綜合實(shí)驗(yàn)來提升學(xué)生的理論水平和實(shí)踐技能是非常重要的,因此在課程講完之后,筆者就安排一個(gè)超外差式收音機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)來提升學(xué)生模電的理論水平和實(shí)踐能力。讀圖——提升學(xué)生的讀圖能力,課上講的模電電路一般是各類單元電路,如共射基本放大電路、振蕩電路、功率放大電路等。通過綜合實(shí)驗(yàn)課可以將各個(gè)電路串成一個(gè)整體,筆者通過對(duì)一個(gè)超外差式收音機(jī)電路圖進(jìn)行整體講解和分析,來提升學(xué)生模電電路的整體分析能力。一般超外差式收音機(jī)的電路組成為變頻級(jí)——中放級(jí)——檢波級(jí)——低頻放大級(jí)——功率放大級(jí),對(duì)照理論教學(xué)所講授的內(nèi)容,變頻級(jí)對(duì)應(yīng)振蕩電路及基本放大電路,而該放大電路又工作在非線性區(qū)屬非線性放大,這樣才能混頻輸出差頻信號(hào),在這里還要補(bǔ)充講解一下放大電路的非線性特性及應(yīng)用,這樣使學(xué)生對(duì)三極管有了更深刻的認(rèn)識(shí),平時(shí)常常強(qiáng)調(diào)放大電路要工作在線性區(qū),似乎非線性區(qū)是不可用的、多余的,但通過這樣一個(gè)實(shí)例讓學(xué)生明白,三極管放大電路工作在線性工作區(qū)時(shí)可進(jìn)行線性放大,工作非線性區(qū)時(shí)可以進(jìn)行混頻等應(yīng)用。這樣一級(jí)一級(jí)來分析后面的中頻放大電路、檢波電路、低頻放大電路、功率放大電路等。實(shí)踐證明,通過整體電路的分析與講解,學(xué)生的讀圖和分析能力得到了明顯的提高。
4結(jié)束語
將EDA仿真軟件應(yīng)用于模擬電子技術(shù)理論和實(shí)踐教學(xué),提出一種基于EDA仿真平臺(tái)的理論分析與仿真分析相輔相成、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式。通過仿真電路和波形顯示,加深學(xué)生對(duì)理論的理解,有效解決模擬電子技術(shù)理論概念抽象,電路分析復(fù)雜的難題。同時(shí)通過EDA技術(shù)的引入,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行基本電路的分析和設(shè)計(jì),為實(shí)際電路的設(shè)計(jì)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
2.EDA技術(shù)在模擬電子技術(shù)理論教學(xué)中的應(yīng)用
EDA即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化,以計(jì)算機(jī)和仿真軟件為工具,可以完成整個(gè)電路從系統(tǒng)級(jí)到物理級(jí)的設(shè)計(jì)與分析。常用仿真軟件有Matlab、Protel、Multisim和PSpice等,考慮到Multisim先進(jìn)的電路仿真和設(shè)計(jì)功能且一年級(jí)時(shí)曾作為學(xué)生的自修課程,本次教學(xué)研究采用Multisim軟件。在模擬電子技術(shù)的理論教學(xué)中,對(duì)于那些概念分析抽象、不易理解的部分,利用Multisim,教師可以構(gòu)建電子電路模型進(jìn)行仿真演示,通過波形圖和數(shù)據(jù)直觀展示各種參數(shù)變化和虛擬故障對(duì)電路靜態(tài)動(dòng)態(tài)性能的影響,具體而又生動(dòng),不僅可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解,還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高課堂教學(xué)效果。例如在模擬電子教學(xué)中第一次講解共射放大電路時(shí),很多同學(xué)對(duì)放大線路中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的波形分不清楚,不知道直流信號(hào)和交流信號(hào)如何疊加在同一個(gè)電路中,電路中各節(jié)點(diǎn)信號(hào)的相位關(guān)系如何覺得難以理解。傳統(tǒng)教學(xué)中,僅僅靠在黑板上畫圖講解,教師難講,學(xué)生難懂,費(fèi)事費(fèi)力效果卻不好?,F(xiàn)在針對(duì)這個(gè)問題,教師可以通過Multisim搭建基本共射放大電路模型,設(shè)置模型參數(shù),觀察仿真波形。共射電路輸入信號(hào)(節(jié)點(diǎn)2波形)和輸出信號(hào)(節(jié)點(diǎn)5波形)的反相關(guān)系,并且根據(jù)波形的峰值可以直接算出電路的電壓放大倍數(shù)。節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)4波形是靜態(tài)工作點(diǎn)電壓和交流信號(hào)疊加信號(hào),c1和c2兩個(gè)電容起到隔直作用。通過Multisim軟件的演示過程,直接把抽象的理論轉(zhuǎn)化成直觀的視覺感受,電路各點(diǎn)波形在學(xué)生的腦海里留下深刻的印象,教學(xué)效果事半功倍。教學(xué)過程的前期,可以在課堂上現(xiàn)場(chǎng)建立電路模型,演示如何進(jìn)行仿真,讓學(xué)生逐漸掌握Multisim的使用。在教學(xué)過程的中后期,隨著學(xué)生對(duì)Multisim軟件的熟悉,為了節(jié)約課堂時(shí)間,可以事先把教材中需要講解的電路模型搭建好,用到時(shí)直接調(diào)用即可。通過這種理論教學(xué)和軟件演示相輔相成的教學(xué)方式,使得學(xué)生把電路原理、工作波形和數(shù)學(xué)關(guān)系等緊密結(jié)合在一起,全面掌握模擬電路的基礎(chǔ)理論,更好地理解這門課程。
3.EDA技術(shù)在模擬電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用
模擬電子技術(shù)在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中,實(shí)踐教學(xué)基本都是基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)操作。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的特點(diǎn)是安全、便于操作,但是平臺(tái)電路有限,只能覆蓋課程教學(xué)中一部分基礎(chǔ)電路,基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)基本都是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn),且操作過程中平臺(tái)電路元件易損壞,不能很好地達(dá)到鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的目的。這就使得學(xué)校教學(xué)比工程實(shí)際滯后,不利于工科應(yīng)用型人才的培養(yǎng),造成學(xué)生眼高手低,進(jìn)一步影響學(xué)生的就業(yè)和發(fā)展。因此,模擬電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中引入仿真軟件,將平臺(tái)實(shí)驗(yàn)和軟件虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合,先采用軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真,后平臺(tái)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際電路搭建,既加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)理論的理解,又突出了學(xué)生的動(dòng)手能力。實(shí)踐教學(xué)分成兩部分,第一部分是基本電路的驗(yàn)證和演示實(shí)驗(yàn),加深學(xué)生對(duì)書本基礎(chǔ)理論的理解。該部分實(shí)驗(yàn)相對(duì)比較簡(jiǎn)單,學(xué)生主要在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行操作,同時(shí)以Multisim仿真為輔,對(duì)一些在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上難以操作的部分進(jìn)行仿真驗(yàn)證。如研究靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電路動(dòng)態(tài)性能的影響,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)操作只能觀察電路中的一個(gè)電阻參數(shù)改變對(duì)電路輸出波形的影響,而在虛擬仿真平臺(tái)上,可以對(duì)電路中所有涉及到靜態(tài)工作點(diǎn)的元件參數(shù)進(jìn)行更改,進(jìn)而觀察電路波形的變化,并且還可以連續(xù)改變?cè)?shù)對(duì)波形的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。第二部分是模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì),要求學(xué)生自己分析設(shè)計(jì)一個(gè)較大規(guī)模復(fù)雜模擬電路,給出嚴(yán)格的設(shè)計(jì)思路、理論推導(dǎo)和元件選型依據(jù),在仿真軟件平臺(tái)上搭建出具體電路模型并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,然后進(jìn)行實(shí)際電路焊接,充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性,提高學(xué)生對(duì)模擬電路的認(rèn)識(shí)分析能力和創(chuàng)造能力。
4.結(jié)論
本征半導(dǎo)體摻雜后就是雜質(zhì)半導(dǎo)體,非四價(jià)原子與四價(jià)原子在形成共價(jià)鍵中,得到電子成為負(fù)離子,失去電子成為正離子。N型半導(dǎo)體就是本征半導(dǎo)體摻入施主雜質(zhì)所形成的,一個(gè)施主雜質(zhì)原子在形成一個(gè)自由電子過程中變成了一個(gè)固定而不能移動(dòng)的正離子,電子則為多數(shù)載流子,而本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴只是少數(shù)載流子。相反,P型半導(dǎo)體則是本征半導(dǎo)體摻入受主雜質(zhì)形成的,一個(gè)受主雜質(zhì)原子在形成一個(gè)空穴過程中變成了一個(gè)固定而不能移動(dòng)的負(fù)離子,空穴則為多數(shù)載流子,而本征激發(fā)產(chǎn)生的電子只是少數(shù)載流子。正是本征半導(dǎo)體摻雜后的得與失,使得雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子數(shù)量有了量以及性質(zhì)的改變,相對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力有了一定的提高,但并沒有帶來質(zhì)的改變,所以,一般不會(huì)作為普通導(dǎo)體應(yīng)用。
二、PN結(jié)的失與得
PN結(jié)就是得與失的產(chǎn)物。P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體的交界面因多子極型以及濃度差別,形成多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),N區(qū)的電子擴(kuò)散到P區(qū),P區(qū)的空穴擴(kuò)散到N區(qū),在交界區(qū)域原有的電中性被破壞,P區(qū)失去空穴留下了不能移動(dòng)的雜質(zhì)負(fù)離子,N區(qū)失去電子留下不能移動(dòng)的雜質(zhì)正離子。這些不能移動(dòng)的帶電粒子集中在P區(qū)與N區(qū)交界面附近,形成空間電荷區(qū)??臻g電荷區(qū)的逐步建立削弱了多子的擴(kuò)散,而增強(qiáng)了少子的漂移。當(dāng)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與少子漂移運(yùn)動(dòng)保持一種動(dòng)態(tài)平衡時(shí),交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū),即PN結(jié)。兩種不同極型的雜質(zhì)半導(dǎo)體在交界面失去多子的過程,得到了一種導(dǎo)電性能獨(dú)特于雜質(zhì)半導(dǎo)體導(dǎo)電能力的介質(zhì),帶來了半導(dǎo)體導(dǎo)電能力質(zhì)的突變,這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕凑蚱脤?dǎo)通,反向偏置截止。復(fù)合的PN結(jié),在制作工藝上的差別,分別有雙極型晶體管與單極型晶體管。晶體管在合理偏置下導(dǎo)電性能表現(xiàn)了特有的控制性能,即電流控制型的雙極型晶體管和電壓控制型的單極型晶體管。
三、放大電路的得與失
晶體管器件在“合理偏置以及順暢的交流通道”原則下就可以構(gòu)建一個(gè)放大電路,一個(gè)微弱的輸入信號(hào)從輸入端引入,在輸出端得到一個(gè)幅值足夠的輸出信號(hào),表現(xiàn)了小幅度的模擬量通過放大電路后得到了大幅值的模擬量,淋漓盡致地表現(xiàn)出信號(hào)幅值放大的概念。殊不知,這種放大電路的“放大”理解是表面的,是片面的,只看到“得”的現(xiàn)象,而沒看到“失”的本質(zhì)。在放大電路中,工作電源不僅僅只是提供合理的偏置,更主要擔(dān)負(fù)著能源作用。放大電路僅僅只是一個(gè)信號(hào)幅值變換的平臺(tái),微弱的輸入信號(hào)能源通過晶體管的控制作用改變著工作電源在輸出負(fù)載上的能量消耗。最常見的一個(gè)事例就是人們?nèi)粘J褂玫氖找魴C(jī),收音機(jī)就是一個(gè)典型的放大電路。手持式收音機(jī)沒有電池,不可能發(fā)聲,裝上電池后就可以接收電臺(tái)信號(hào),伴隨聽的時(shí)間與音量的大小,電池的消耗程度或使用時(shí)間就會(huì)不同。沒有收音機(jī),人們不可能感受到空中的電磁波能量,有了收音機(jī)而沒有電源也聽不到悅耳的音樂,電池能耗使用殆盡了也享受不了。所以,嚴(yán)格意義上的放大電路是一個(gè)能源控制電路,放大電路的本質(zhì)是弱小能量對(duì)大能量的控制。放大電路表面上得到了信號(hào)的幅值增大,實(shí)質(zhì)上消耗了電源電能。
四、差分電路的失與得
單級(jí)放大電路的放大能力是有限的,總期望多級(jí)放大。多級(jí)放大電路是由若干級(jí)單級(jí)放大電路所組成,這樣單級(jí)放大電路之間就存在耦合關(guān)系,直接耦合是多級(jí)放大電路的典型結(jié)構(gòu)形式,直接耦合的多級(jí)放大電路最突出的弊端就是零點(diǎn)漂移,零點(diǎn)漂移最核心的表現(xiàn)形式就是溫漂,解決零點(diǎn)漂移最有效的手段就是差分電路。差分電路由兩個(gè)特性完全一致的單級(jí)放大電路復(fù)合而成,表現(xiàn)在晶體管的特性一致,晶體管偏置電路器件參數(shù)一致。差分電路從理論到實(shí)用經(jīng)歷了三個(gè)演變,即基本式差分電路、長(zhǎng)尾式差分電路、帶恒流源的差分電路,這三個(gè)演變唯一不變的就是基本結(jié)構(gòu)不變。通過電路分析不難得出結(jié)論,差分放大電路的差模增益與單級(jí)放大電路的增益是一樣的,然而,差分電路的共模增益接近零,有較大的共模抑制比,可以很好地抑制溫漂,而單級(jí)放大電路就無法解決溫漂問題。第一級(jí)放大電路溫漂決定了多級(jí)放大電路的溫漂,所以,集成運(yùn)放的第一級(jí)總是差分輸入級(jí)??梢?,差分電路通過“失去”硬件(增加結(jié)構(gòu)等價(jià)的電路,增大電路成本),得到了對(duì)共模信號(hào)的抑制能力,而并不改變對(duì)差模信號(hào)的放大能力。
五、帶寬增益積的得與失
考核放大電路的性能表現(xiàn)在增益、峰峰值、輸入電阻、輸出電阻、帶寬、失真度、輸出功率與效率等參數(shù)中,它們?nèi)Q于放大電路組態(tài)、晶體管特性、電源以及應(yīng)用的方式。在放大電路的時(shí)域分析過程中,總是期望放大電路的放大倍數(shù)越大越好,一級(jí)放大能力不夠就采取多級(jí)放大,以提高放大增益;在放大電路的頻域分析過程中,總是期望放大電路有很小的下限頻率和很大的上限頻率,頻率響應(yīng)范圍越寬越好,即帶寬值越大越好。帶寬是上限頻率與下限頻率的差值,提高帶寬的有限手段就是盡可能提高放大電路的上限頻率值。通過電路的頻域分析可以發(fā)現(xiàn),提高上限頻率與提高放大電路的增益是矛盾的,一旦當(dāng)放大電路的晶體管選定之后,帶寬與增益之積是一個(gè)常數(shù),放大電路的放大倍數(shù)增大幾倍,相應(yīng)地該電路的帶寬就會(huì)減小幾倍,實(shí)際中,既要提高放大電路的增益又要擴(kuò)展放大電路的帶寬,總是選取基區(qū)體電阻小、發(fā)射結(jié)與集電結(jié)電容效應(yīng)小的高頻放大管??梢姡糯箅娐穾捲鲆娣e概念表現(xiàn)了得與失的理念,欲想得到較大的增益,必然失去頻率響應(yīng)的范圍。
六、反饋放大電路的得與失
反饋是自動(dòng)控制的一個(gè)重要概念,反饋放大電路是提高放大電路放大性能的重要手段,在電子技術(shù)應(yīng)用中運(yùn)用極為普遍。負(fù)反饋放大電路中,輸出信號(hào)部分或全部反送到輸入端削弱輸入信號(hào),使得閉環(huán)增益相對(duì)開環(huán)增益減小了反饋深度倍,表面上損失了放大電路的增益,然而,對(duì)放大電路的其他性能技術(shù)指標(biāo)得到了極大的改善,表現(xiàn)在增益的穩(wěn)定性得到了提高;環(huán)內(nèi)的噪聲干擾抑制能力以及非線性失真得到了改善;電路的帶寬得到了擴(kuò)展;輸入電阻與輸出電阻得到了相應(yīng)的改善。如電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路,增大了輸入電阻,有助于電壓輸入信號(hào)的放大;減少了輸出電阻,有利于輸出電壓的穩(wěn)定性。正反饋放大電路中,輸出信號(hào)部分或全部反送到輸入端增強(qiáng)輸入信號(hào),閉環(huán)增益相對(duì)開環(huán)增益進(jìn)一步增大,這是信號(hào)發(fā)生電路擾動(dòng)起振的必然要求。信號(hào)發(fā)生器不會(huì)有輸入信號(hào)或者說就是一個(gè)零輸入電路,電路接通電源瞬間形成電路換路情形,通過正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)(RC或LC選頻網(wǎng)絡(luò))把輸出端的信號(hào)有頻率選擇性地反送到輸入端不斷放大,這種無止境的放大也必然帶來輸出信號(hào)的非線性失真,所以在電路中為了防止輸出信號(hào)的非線性失真,總是需要設(shè)置輸出穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)。可見,信號(hào)發(fā)生電路由放大電路、正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)三部分組成。穩(wěn)幅的有效措施就是負(fù)反饋,所以,信號(hào)發(fā)生電路必須維持正反饋特性與負(fù)反饋特性的動(dòng)態(tài)平衡。負(fù)反饋放大電路失去了增益,得到了電路性能技術(shù)指標(biāo)的改善;正反饋放大電路得到了增益的“膨脹”,失去了輸出信號(hào)的線性度,實(shí)際中為了挽回這種“失”,再次引入負(fù)反饋特性。
七、橋式整流的得與失
1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,提高教學(xué)質(zhì)量
考慮到針對(duì)物理專業(yè)的課程學(xué)時(shí)數(shù)少,但內(nèi)容多,重點(diǎn)和難點(diǎn)多,而學(xué)生動(dòng)手能力較弱,過于注重理論公式的推導(dǎo)等情況,整合了“模擬電子技術(shù)”課程內(nèi)容結(jié)構(gòu),逐步減少理論學(xué)時(shí),增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí),使二者比例達(dá)到一個(gè)最合理值。刪減部分陳舊知識(shí),融入新技術(shù)的應(yīng)用,以理論為基礎(chǔ),強(qiáng)調(diào)應(yīng)用,將理論與實(shí)踐、技術(shù)與應(yīng)用較好的融合在一起。
2.教材與參考書目選用應(yīng)符合物理師范生專業(yè)特點(diǎn)
全國(guó)各大高校都陸續(xù)出版了許多優(yōu)秀的教材。但是每一本教材的側(cè)重點(diǎn)和難易程度也各不相同。選用較多的是高等教育出版社出版、由康華光主編的教材,由童詩白主編的教材以及楊拴科等主編的教材。根據(jù)物理師范生注重公式的邏輯推理的思維特點(diǎn)。所以選取更側(cè)重于基本概念的講解,邏輯性強(qiáng),知識(shí)點(diǎn)豐富,學(xué)生需要掌握的內(nèi)容多,由童詩白主編的教材更加適合西部師范院校物理專業(yè)的學(xué)生。
3.核心突出內(nèi)容的取舍
模擬電路就是處理模擬電壓和電流的電路,而由于現(xiàn)實(shí)生活中大多信號(hào)較為微弱的模擬信號(hào),所以要進(jìn)行信號(hào)的放大,這也是模擬電子技術(shù)課程的核心部分。所以本課程的核心內(nèi)容自然非放大電路莫屬。與此同時(shí),現(xiàn)實(shí)生活中相關(guān)器件的供電電源很多為直流電源,所以必然需要一種將電廠的交流電轉(zhuǎn)為直流的電路,此電路就是直流穩(wěn)壓電源。由此可知,主講內(nèi)容就是放大電路和直流穩(wěn)壓電源,尤其是放大電路部分。
二、教學(xué)方法和教學(xué)手段改革
1.教學(xué)方法多元化
在選擇教學(xué)方法的時(shí)候,要特別注意培養(yǎng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性為目的。比如在講授“反饋”概念時(shí),我們可以運(yùn)用類比教學(xué)法。教師可以以常見的冷暖空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)過程為例。另外在教學(xué)過程中,也需多運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)法,教師只有善于提出問題,才能更好地啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行積極的思考,變被動(dòng)接收為主動(dòng)學(xué)習(xí)。
2.充分利用仿真軟件
因?yàn)閹煼渡钤谝饨虒W(xué)形式,如果僅僅在課堂平白地傳授復(fù)雜的模擬電路理論知識(shí),枯燥的形式會(huì)讓師范生認(rèn)為理論與實(shí)際相差太遠(yuǎn),進(jìn)而對(duì)電子類課程失去興趣。所以在講授理論課時(shí),利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),將虛擬電子實(shí)驗(yàn)引入課堂教學(xué)中,可以隨時(shí)進(jìn)行電路連接、仿真和測(cè)量,增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性、形象性和生動(dòng)性,有助于加強(qiáng)課堂互動(dòng),激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從而實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。
三、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)
1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備
首先在開展實(shí)驗(yàn)之前,在理論課堂上通過多媒體課件,使學(xué)生們對(duì)常用電子儀器、半導(dǎo)體元器件、實(shí)驗(yàn)箱等有直觀認(rèn)識(shí),并進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn),以激發(fā)其興趣。其次針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,采取不同的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)形式。
本征半導(dǎo)體摻雜后就是雜質(zhì)半導(dǎo)體,非四價(jià)原子與四價(jià)原子在形成共價(jià)鍵中,得到電子成為負(fù)離子,失去電子成為正離子。N型半導(dǎo)體就是本征半導(dǎo)體摻入施主雜質(zhì)所形成的,一個(gè)施主雜質(zhì)原子在形成一個(gè)自由電子過程中變成了一個(gè)固定而不能移動(dòng)的正離子,電子則為多數(shù)載流子,而本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴只是少數(shù)載流子。相反,P型半導(dǎo)體則是本征半導(dǎo)體摻入受主雜質(zhì)形成的,一個(gè)受主雜質(zhì)原子在形成一個(gè)空穴過程中變成了一個(gè)固定而不能移動(dòng)的負(fù)離子,空穴則為多數(shù)載流子,而本征激發(fā)產(chǎn)生的電子只是少數(shù)載流子。正是本征半導(dǎo)體摻雜后的得與失,使得雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子數(shù)量有了量以及性質(zhì)的改變,相對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力有了一定的提高,但并沒有帶來質(zhì)的改變,所以,一般不會(huì)作為普通導(dǎo)體應(yīng)用。
二、PN結(jié)的失與得
PN結(jié)就是得與失的產(chǎn)物。P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體的交界面因多子極型以及濃度差別,形成多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),N區(qū)的電子擴(kuò)散到P區(qū),P區(qū)的空穴擴(kuò)散到N區(qū),在交界區(qū)域原有的電中性被破壞,P區(qū)失去空穴留下了不能移動(dòng)的雜質(zhì)負(fù)離子,N區(qū)失去電子留下不能移動(dòng)的雜質(zhì)正離子。這些不能移動(dòng)的帶電粒子集中在P區(qū)與N區(qū)交界面附近,形成空間電荷區(qū)??臻g電荷區(qū)的逐步建立削弱了多子的擴(kuò)散,而增強(qiáng)了少子的漂移。當(dāng)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與少子漂移運(yùn)動(dòng)保持一種動(dòng)態(tài)平衡時(shí),交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū),即PN結(jié)。兩種不同極型的雜質(zhì)半導(dǎo)體在交界面失去多子的過程,得到了一種導(dǎo)電性能獨(dú)特于雜質(zhì)半導(dǎo)體導(dǎo)電能力的介質(zhì),帶來了半導(dǎo)體導(dǎo)電能力質(zhì)的突變,這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?,即正向偏置?dǎo)通,反向偏置截止。復(fù)合的PN結(jié),在制作工藝上的差別,分別有雙極型晶體管與單極型晶體管。晶體管在合理偏置下導(dǎo)電性能表現(xiàn)了特有的控制性能,即電流控制型的雙極型晶體管和電壓控制型的單極型晶體管。
三、放大電路的得與失
晶體管器件在“合理偏置以及順暢的交流通道”原則下就可以構(gòu)建一個(gè)放大電路,一個(gè)微弱的輸入信號(hào)從輸入端引入,在輸出端得到一個(gè)幅值足夠的輸出信號(hào),表現(xiàn)了小幅度的模擬量通過放大電路后得到了大幅值的模擬量,淋漓盡致地表現(xiàn)出信號(hào)幅值放大的概念。殊不知,這種放大電路的“放大”理解是表面的,是片面的,只看到“得”的現(xiàn)象,而沒看到“失”的本質(zhì)。在放大電路中,工作電源不僅僅只是提供合理的偏置,更主要擔(dān)負(fù)著能源作用。放大電路僅僅只是一個(gè)信號(hào)幅值變換的平臺(tái),微弱的輸入信號(hào)能源通過晶體管的控制作用改變著工作電源在輸出負(fù)載上的能量消耗。最常見的一個(gè)事例就是人們?nèi)粘J褂玫氖找魴C(jī),收音機(jī)就是一個(gè)典型的放大電路。手持式收音機(jī)沒有電池,不可能發(fā)聲,裝上電池后就可以接收電臺(tái)信號(hào),伴隨聽的時(shí)間與音量的大小,電池的消耗程度或使用時(shí)間就會(huì)不同。沒有收音機(jī),人們不可能感受到空中的電磁波能量,有了收音機(jī)而沒有電源也聽不到悅耳的音樂,電池能耗使用殆盡了也享受不了。所以,嚴(yán)格意義上的放大電路是一個(gè)能源控制電路,放大電路的本質(zhì)是弱小能量對(duì)大能量的控制。放大電路表面上得到了信號(hào)的幅值增大,實(shí)質(zhì)上消耗了電源電能。
四、差分電路的失與得
單級(jí)放大電路的放大能力是有限的,總期望多級(jí)放大。多級(jí)放大電路是由若干級(jí)單級(jí)放大電路所組成,這樣單級(jí)放大電路之間就存在耦合關(guān)系,直接耦合是多級(jí)放大電路的典型結(jié)構(gòu)形式,直接耦合的多級(jí)放大電路最突出的弊端就是零點(diǎn)漂移,零點(diǎn)漂移最核心的表現(xiàn)形式就是溫漂,解決零點(diǎn)漂移最有效的手段就是差分電路。差分電路由兩個(gè)特性完全一致的單級(jí)放大電路復(fù)合而成,表現(xiàn)在晶體管的特性一致,晶體管偏置電路器件參數(shù)一致。差分電路從理論到實(shí)用經(jīng)歷了三個(gè)演變,即基本式差分電路、長(zhǎng)尾式差分電路、帶恒流源的差分電路,這三個(gè)演變唯一不變的就是基本結(jié)構(gòu)不變。通過電路分析不難得出結(jié)論,差分放大電路的差模增益與單級(jí)放大電路的增益是一樣的,然而,差分電路的共模增益接近零,有較大的共模抑制比,可以很好地抑制溫漂,而單級(jí)放大電路就無法解決溫漂問題。第一級(jí)放大電路溫漂決定了多級(jí)放大電路的溫漂,所以,集成運(yùn)放的第一級(jí)總是差分輸入級(jí)??梢姡罘蛛娐吠ㄟ^“失去”硬件(增加結(jié)構(gòu)等價(jià)的電路,增大電路成本),得到了對(duì)共模信號(hào)的抑制能力,而并不改變對(duì)差模信號(hào)的放大能力。
五、帶寬增益積的得與失
考核放大電路的性能表現(xiàn)在增益、峰峰值、輸入電阻、輸出電阻、帶寬、失真度、輸出功率與效率等參數(shù)中,它們?nèi)Q于放大電路組態(tài)、晶體管特性、電源以及應(yīng)用的方式。在放大電路的時(shí)域分析過程中,總是期望放大電路的放大倍數(shù)越大越好,一級(jí)放大能力不夠就采取多級(jí)放大,以提高放大增益;在放大電路的頻域分析過程中,總是期望放大電路有很小的下限頻率和很大的上限頻率,頻率響應(yīng)范圍越寬越好,即帶寬值越大越好。帶寬是上限頻率與下限頻率的差值,提高帶寬的有限手段就是盡可能提高放大電路的上限頻率值。通過電路的頻域分析可以發(fā)現(xiàn),提高上限頻率與提高放大電路的增益是矛盾的,一旦當(dāng)放大電路的晶體管選定之后,帶寬與增益之積是一個(gè)常數(shù),放大電路的放大倍數(shù)增大幾倍,相應(yīng)地該電路的帶寬就會(huì)減小幾倍,實(shí)際中,既要提高放大電路的增益又要擴(kuò)展放大電路的帶寬,總是選取基區(qū)體電阻小、發(fā)射結(jié)與集電結(jié)電容效應(yīng)小的高頻放大管??梢?,放大電路帶寬增益積概念表現(xiàn)了得與失的理念,欲想得到較大的增益,必然失去頻率響應(yīng)的范圍。
六、反饋放大電路的得與失
反饋是自動(dòng)控制的一個(gè)重要概念,反饋放大電路是提高放大電路放大性能的重要手段,在電子技術(shù)應(yīng)用中運(yùn)用極為普遍。負(fù)反饋放大電路中,輸出信號(hào)部分或全部反送到輸入端削弱輸入信號(hào),使得閉環(huán)增益相對(duì)開環(huán)增益減小了反饋深度倍,表面上損失了放大電路的增益,然而,對(duì)放大電路的其他性能技術(shù)指標(biāo)得到了極大的改善,表現(xiàn)在增益的穩(wěn)定性得到了提高;環(huán)內(nèi)的噪聲干擾抑制能力以及非線性失真得到了改善;電路的帶寬得到了擴(kuò)展;輸入電阻與輸出電阻得到了相應(yīng)的改善。如電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路,增大了輸入電阻,有助于電壓輸入信號(hào)的放大;減少了輸出電阻,有利于輸出電壓的穩(wěn)定性。正反饋放大電路中,輸出信號(hào)部分或全部反送到輸入端增強(qiáng)輸入信號(hào),閉環(huán)增益相對(duì)開環(huán)增益進(jìn)一步增大,這是信號(hào)發(fā)生電路擾動(dòng)起振的必然要求。信號(hào)發(fā)生器不會(huì)有輸入信號(hào)或者說就是一個(gè)零輸入電路,電路接通電源瞬間形成電路換路情形,通過正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)(RC或LC選頻網(wǎng)絡(luò))把輸出端的信號(hào)有頻率選擇性地反送到輸入端不斷放大,這種無止境的放大也必然帶來輸出信號(hào)的非線性失真,所以在電路中為了防止輸出信號(hào)的非線性失真,總是需要設(shè)置輸出穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)??梢?,信號(hào)發(fā)生電路由放大電路、正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)幅網(wǎng)絡(luò)三部分組成。穩(wěn)幅的有效措施就是負(fù)反饋,所以,信號(hào)發(fā)生電路必須維持正反饋特性與負(fù)反饋特性的動(dòng)態(tài)平衡。負(fù)反饋放大電路失去了增益,得到了電路性能技術(shù)指標(biāo)的改善;正反饋放大電路得到了增益的“膨脹”,失去了輸出信號(hào)的線性度,實(shí)際中為了挽回這種“失”,再次引入負(fù)反饋特性。
七、橋式整流的得與失
小功率直流穩(wěn)壓電源中整流的任務(wù)就是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電,衡量整流電路性能的主要參數(shù)表現(xiàn)在兩個(gè)方面:(1)表征整流電路質(zhì)量的參數(shù),有輸出電壓和脈動(dòng)系數(shù);(2)表征整流電路對(duì)整流元件要求的參數(shù),有正向工作電流和反向峰值耐壓。半波整流輸出電壓低,脈動(dòng)系數(shù)大;全波整流輸出電壓高,脈動(dòng)系數(shù)小。然而,全波整流不僅需要降壓變壓器的副邊引出中間抽頭,更主要對(duì)整流元件的反向耐壓提出了苛刻的要求,它是半波整流對(duì)整流元件反向耐壓值要求的兩倍。實(shí)際中,既要提高整流輸出電壓并減少紋波系數(shù),又要對(duì)整流元件反向耐壓的要求不苛刻,有效的技術(shù)手段就是橋式整流,橋式整流相比全波整流,在電路結(jié)構(gòu)上只是增加了兩個(gè)整流元件,但輸出效果等同于全波整流電路的整流;橋式整流電路對(duì)整流元件的要求等同于半波整流電路對(duì)整流元件的要求,把半波整流與全波整流各自的優(yōu)勢(shì)整合在一個(gè)應(yīng)用電路中??梢?,橋式整流電路通過“失去”硬件(增加電路成本),得到了優(yōu)于半波與全波整流電路的整流性能。
八、結(jié)語
高職院校的學(xué)生并不擅長(zhǎng)純理論的學(xué)習(xí),如果在學(xué)習(xí)模電這門課程時(shí),先進(jìn)行一些感性認(rèn)識(shí)的教學(xué)環(huán)節(jié),他們往往更容易學(xué)習(xí)這門課程??茖W(xué)家愛因斯坦說過:“興趣是最好的老師”。因此,在講授模電這門課程時(shí),在講完緒論以后首先由老師做一些電子方面的趣味實(shí)驗(yàn),以激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心,以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的積極性。如果有條件讓學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手做一些較簡(jiǎn)單的電子實(shí)驗(yàn),這些實(shí)驗(yàn)不僅能提高興趣,又讓他們認(rèn)識(shí)了一些電子器件及特性,使今后在講授各種電子器件時(shí)不再空洞乏味。
2要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維方式的轉(zhuǎn)變
模電作為一門技術(shù)基礎(chǔ)課,有其自有的特點(diǎn)和規(guī)律,其課程更重視理論與實(shí)踐的結(jié)合。一般教學(xué)計(jì)劃都是電工基礎(chǔ)安排在模電課程之前來作為模電的基礎(chǔ)課程,但如果不加分析地用電工基礎(chǔ)的分析方法去分析模電,可能不會(huì)得到正確的結(jié)論。模電的理論有其自身的特點(diǎn),表現(xiàn)在:第一,模電主要的電子器件二級(jí)管、三級(jí)管都是非線性器件,這與線性電路的分析和計(jì)算是有很大區(qū)別。第二,模電的分析都是直流加交流的分析方法,即直流通道和交流通道。直流通道決定靜態(tài)工作點(diǎn),而交流通道是信號(hào)的通道。第三,反饋網(wǎng)絡(luò)是模電經(jīng)常使用的電路,不管是運(yùn)算放大器還是振蕩器都必須有反饋網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成。以上幾點(diǎn)正是學(xué)生學(xué)習(xí)模電的難點(diǎn),因此在講課過程中,要讓學(xué)生了解這些特點(diǎn)與難點(diǎn),調(diào)整思維方式和學(xué)習(xí)方法,使學(xué)生能夠正確把握這門課程的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。以下通過幾個(gè)實(shí)例說明如何引導(dǎo)學(xué)生思維方式的轉(zhuǎn)變。
2.1非線性電路與估算
在模電中常用的二極管、三極管的伏安特性為非線性,一般稱為非線性元件,而電阻、直流電源的伏安特性為線性,一般稱為線性元件。在模電中線性元件與非線性元件共同組成各種電路,那么電路的計(jì)算問題在電工基礎(chǔ)中并未涉及,那么計(jì)算這種電路目前使用估算法、圖解法。有的同學(xué)往往提出為什么不用解析法,而那樣計(jì)算的不是更精確嗎?在講解這類問題時(shí)要給學(xué)生講清楚估算法在工程計(jì)算中是非常重要的,它能使有些計(jì)算問題變得簡(jiǎn)單,能較快地解決實(shí)際問題,而用解析法,一是目前學(xué)生的數(shù)學(xué)知識(shí)不能解決這種問題,二是如果能用高等數(shù)學(xué)的方法解決,但過程過于繁雜,雖然計(jì)算精度高,但與估算結(jié)果差距不大。因此在這里要讓學(xué)生思維方式有一個(gè)轉(zhuǎn)變。
2.2放大電路的直流通路與交流通路
在模電的放大電路中,直流通路和交流通路的分析也是模電獨(dú)特的電路分析方法,由于二極管、三極管中PN結(jié)死區(qū)電壓的存在,必須在交流信號(hào)通過放大電路時(shí)有一個(gè)直流電壓及電流的存在,這樣才能保證交流信號(hào)不失真地通過放大電路。這也是學(xué)生需思維轉(zhuǎn)變的一個(gè)重要方面。對(duì)于三極管、電阻、電容、電感、電源等電子元器件,它們分別在直流電及交流信號(hào)激勵(lì)作用下的不同響應(yīng)決定了它們?cè)谥绷麟娂敖涣餍盘?hào)中所起的不同作用,這些都是分析復(fù)雜放大電路的基礎(chǔ)。很難想象不清楚放大電路直流通路和交流通路的學(xué)生能夠?qū)W習(xí)好這門課程。
3通過課程綜合實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的整體水平
由于模電是一門與實(shí)踐聯(lián)系非常密切的技術(shù)基礎(chǔ)課,通過一些綜合實(shí)驗(yàn)來提升學(xué)生的理論水平和實(shí)踐技能是非常重要的,因此在課程講完之后,筆者就安排一個(gè)超外差式收音機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)來提升學(xué)生模電的理論水平和實(shí)踐能力。讀圖——提升學(xué)生的讀圖能力,課上講的模電電路一般是各類單元電路,如共射基本放大電路、振蕩電路、功率放大電路等。通過綜合實(shí)驗(yàn)課可以將各個(gè)電路串成一個(gè)整體,筆者通過對(duì)一個(gè)超外差式收音機(jī)電路圖進(jìn)行整體講解和分析,來提升學(xué)生模電電路的整體分析能力。一般超外差式收音機(jī)的電路組成為變頻級(jí)——中放級(jí)——檢波級(jí)——低頻放大級(jí)——功率放大級(jí),對(duì)照理論教學(xué)所講授的內(nèi)容,變頻級(jí)對(duì)應(yīng)振蕩電路及基本放大電路,而該放大電路又工作在非線性區(qū)屬非線性放大,這樣才能混頻輸出差頻信號(hào),在這里還要補(bǔ)充講解一下放大電路的非線性特性及應(yīng)用,這樣使學(xué)生對(duì)三極管有了更深刻的認(rèn)識(shí),平時(shí)常常強(qiáng)調(diào)放大電路要工作在線性區(qū),似乎非線性區(qū)是不可用的、多余的,但通過這樣一個(gè)實(shí)例讓學(xué)生明白,三極管放大電路工作在線性工作區(qū)時(shí)可進(jìn)行線性放大,工作非線性區(qū)時(shí)可以進(jìn)行混頻等應(yīng)用。這樣一級(jí)一級(jí)來分析后面的中頻放大電路、檢波電路、低頻放大電路、功率放大電路等。實(shí)踐證明,通過整體電路的分析與講解,學(xué)生的讀圖和分析能力得到了明顯的提高。
在獨(dú)立學(xué)院的模擬電子技術(shù)的理論教學(xué)中,眾多學(xué)生感到此課程教學(xué)與實(shí)際嚴(yán)重脫節(jié),學(xué)習(xí)模擬電路知識(shí)僅僅停留在解題上,教師在授課的時(shí)候也只專注于電路分析、定理證明、公式推導(dǎo)等計(jì)算問題上,卻無法說出相關(guān)電路在實(shí)際電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。另一方面在模擬電子技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)流于形式,學(xué)生使用現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)箱,在過多的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)“指導(dǎo)”下機(jī)械的插拔導(dǎo)線,使得實(shí)驗(yàn)課程枯燥乏味,難以提起學(xué)生興趣。學(xué)生無法對(duì)實(shí)際元器件進(jìn)行感性了解,這樣就直接造成學(xué)的知識(shí)與實(shí)際嚴(yán)重脫節(jié)。更有甚者在分組實(shí)驗(yàn)時(shí)小組中只有少部分學(xué)生動(dòng)手,學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)不知所謂。此外由于大學(xué)擴(kuò)招的影響,造成學(xué)生質(zhì)量下降,學(xué)生自學(xué)能力、邏輯分析問題能力不強(qiáng),如何提升他們學(xué)習(xí)模擬電路的效率,提高其分析問題、解決問題以及動(dòng)手的能力,是擺在教師面前的一個(gè)難題。所以現(xiàn)有的模擬電子技術(shù)課程教學(xué)無法滿足獨(dú)立學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用性人才的目標(biāo)。這樣不僅背離了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的宗旨,也嚴(yán)重制約應(yīng)用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量,使得獨(dú)立學(xué)院畢業(yè)的學(xué)生處于理論上不如重點(diǎn)本科院校、實(shí)踐能力不如高職學(xué)生的尷尬局面。在如今嚴(yán)峻的就業(yè)形勢(shì)下,必須在學(xué)生理論知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí),加強(qiáng)學(xué)生分析問題、解決問題的實(shí)踐能力的培養(yǎng)。
2獨(dú)立學(xué)院模擬電子技術(shù)課程項(xiàng)目化教學(xué)改革
為了滿足獨(dú)立學(xué)院將學(xué)生培養(yǎng)成為應(yīng)用型人才的目標(biāo),借鑒職業(yè)教育理念,我們準(zhǔn)備對(duì)模擬電子技術(shù)課程進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)改革,目的是將傳統(tǒng)意義下的模擬電子技術(shù)課程知識(shí)進(jìn)行解構(gòu)、整合、序化,加入電子工藝學(xué)知識(shí),配合課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目,按照“做中學(xué),學(xué)中做,遞進(jìn)交互”的教學(xué)理念,以行業(yè)和崗位需求為導(dǎo)向,以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能為主線,以具體的電路產(chǎn)品為載體,實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué),一步步提升學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力。
2.1項(xiàng)目化教學(xué)目標(biāo)的分析
根據(jù)項(xiàng)目化教學(xué)要求,以社會(huì)就業(yè)行業(yè)和崗位需求為導(dǎo)向,通過對(duì)獨(dú)立學(xué)院往屆電信和通信相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)生及其就業(yè)單位企業(yè)、工作需求市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研,分析其就業(yè)崗位,總結(jié)出主要的職業(yè)崗位群;然后通過分析各種崗位群對(duì)模電課程相關(guān)內(nèi)容的要求,確立獨(dú)立學(xué)院模擬電子技術(shù)課程的知識(shí)要求、能力要求及素質(zhì)目標(biāo)。
2.2項(xiàng)目化教學(xué)理念與思路的確立
根據(jù)項(xiàng)目化教學(xué)要求,以生活中具體的電路產(chǎn)品為載體,探索基于工作過程的課程開發(fā)與設(shè)計(jì),通過分析真實(shí)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程,以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能為主線,以職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)為參照來開發(fā)和設(shè)計(jì)模擬電子技術(shù)項(xiàng)目化教學(xué)中合適的項(xiàng)目,實(shí)施行動(dòng)導(dǎo)向的項(xiàng)目式教學(xué)方法,使學(xué)生在獲取知識(shí)、提高實(shí)踐能力的同時(shí),獲得再學(xué)習(xí)能力和職業(yè)技術(shù)能力。
2.3項(xiàng)目化教學(xué)課程內(nèi)容新體系的構(gòu)建
模擬電子技術(shù)項(xiàng)目化教學(xué)中,課程內(nèi)容和體系改革是課程建設(shè)的核心。本課程在進(jìn)行教學(xué)的時(shí)候,應(yīng)考慮哪些知識(shí)是進(jìn)行項(xiàng)目所需的基礎(chǔ),或者項(xiàng)目進(jìn)行過程中關(guān)鍵點(diǎn)所在。課程內(nèi)容選取遵循獨(dú)立學(xué)院教育的基本規(guī)律,基于行動(dòng)優(yōu)先原則,針對(duì)獨(dú)立學(xué)院電信和通信類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及學(xué)生就業(yè)崗位需求,以職業(yè)能力培養(yǎng)為重點(diǎn),根據(jù)職業(yè)崗位的任職要求,構(gòu)建新的教學(xué)做一體化課程內(nèi)容體系。根據(jù)課程教學(xué)的需要,將教學(xué)內(nèi)容劃分為兩個(gè)大的模塊?;A(chǔ)模塊:包括基本器件和基本放大電路。在教學(xué)過程中,突出應(yīng)用,以電子產(chǎn)品實(shí)例為載體,使學(xué)生掌握模電基本知識(shí)點(diǎn)、基本放大電路的分析和設(shè)計(jì)方法。這個(gè)模塊應(yīng)該強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ),支撐后續(xù)課程的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)用模塊:包括集成運(yùn)放電路和應(yīng)用模塊。通過該模塊的學(xué)習(xí),基本掌握實(shí)用模擬電子系統(tǒng)分析、計(jì)算、調(diào)試、檢測(cè)、設(shè)計(jì)的能力。教學(xué)過程中知識(shí)應(yīng)該精煉,教學(xué)內(nèi)容及時(shí)更新,盡量與實(shí)際崗位工作要求相符,更好地培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和實(shí)踐能力。
2.4項(xiàng)目化教學(xué)方法與手段的設(shè)計(jì)
對(duì)課程進(jìn)行基于行動(dòng)導(dǎo)向的教學(xué)改革與實(shí)踐。實(shí)踐課程中選取多個(gè)項(xiàng)目,根據(jù)項(xiàng)目重新整理課程內(nèi)容,將原模擬電子技術(shù)課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合到這些制作項(xiàng)目中,通過完成產(chǎn)品組件的分析、制作與調(diào)試等綜合性學(xué)習(xí)任務(wù),使教學(xué)內(nèi)容更加豐富、直觀,更加貼近工程實(shí)際。理論教學(xué)主要采用以下方式:(1)“精講+演示”的教學(xué)方式,通過各個(gè)具體項(xiàng)目的實(shí)物電路呈現(xiàn),使學(xué)生最直觀地認(rèn)識(shí)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試等相關(guān)知識(shí),通過應(yīng)用實(shí)例啟發(fā)學(xué)生興趣、舉一反三。(2)根據(jù)學(xué)習(xí)情境和教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn),靈活運(yùn)用基于行動(dòng)導(dǎo)向的多種教學(xué)方法,通過多媒體課件、動(dòng)畫演示、課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站及基于Protel、Proteus、EWB、Multisim的軟件測(cè)試等多種現(xiàn)代化教學(xué)手段。將傳統(tǒng)教學(xué)手段與現(xiàn)代教學(xué)手段緊密結(jié)合,增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的動(dòng)感和趣味性,從而實(shí)現(xiàn)更生動(dòng)的教學(xué)模式。(3)引導(dǎo)學(xué)生使用相關(guān)軟件工具分析和設(shè)計(jì)電子電路、重視課后答疑并及時(shí)組織習(xí)題討論課,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性的學(xué)習(xí),鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出問題、研究解決問題的途徑和方法。實(shí)踐教學(xué)主要采用以下方式:
(1)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn):“模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”。學(xué)生通過實(shí)際元器件的識(shí)別和基本電路的測(cè)試等訓(xùn)練,對(duì)基本放大電路、差分放大電路、功率放大電路、集成運(yùn)放電路等相關(guān)電路的性能有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和理解?;A(chǔ)實(shí)驗(yàn)的具體目標(biāo)是使學(xué)生從枯燥的理論知識(shí)和乏味的實(shí)驗(yàn)箱操作回歸實(shí)際,讓學(xué)生對(duì)實(shí)際元器件和電路進(jìn)行感性認(rèn)識(shí),并在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)他們識(shí)圖、識(shí)器件的基本能力以及實(shí)際電路調(diào)試能力,加強(qiáng)理論和實(shí)際的結(jié)合。(2)提高性實(shí)訓(xùn):“專業(yè)實(shí)訓(xùn)”和“電子工藝實(shí)訓(xùn)”。完成Protel、Proteus等電子相關(guān)軟件的學(xué)習(xí),指導(dǎo)學(xué)生利用軟件完成功能較為簡(jiǎn)單的電路的分析與設(shè)計(jì)。要求學(xué)生利用仿真軟件繪制原理圖,利用軟件中的函數(shù)發(fā)生器、示波器、萬用表等虛擬儀器仿真。通過仿真,及時(shí)修改電路中出現(xiàn)的錯(cuò)誤,經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改,確定電路參數(shù)、驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)的正確性,直到電路仿真通過,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。根據(jù)仿真成功的電路確定具體電路。然后要求學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室提供的元器件和工具,自己焊接電路板,并進(jìn)行調(diào)試。(3)綜合性設(shè)計(jì):“模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”。①為了更好地靈活應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí),將實(shí)際結(jié)合到理論中去,在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,依據(jù)工作任務(wù)分析,以小型的電子產(chǎn)品組件的制作、調(diào)試作為能力培養(yǎng)的主線,教師確定多個(gè)項(xiàng)目任務(wù),每個(gè)項(xiàng)目囊括較多的模擬電路知識(shí)點(diǎn)。②要求學(xué)生選取項(xiàng)目任務(wù),根據(jù)教師下達(dá)的任務(wù)和要求,討論系統(tǒng)的規(guī)范與功能,并提出系統(tǒng)框圖。③將框圖具體電路細(xì)化,利用理論知識(shí),針對(duì)實(shí)際要求,完成電路的設(shè)計(jì)。④利用軟件仿真來確定設(shè)計(jì)電路元器件的參數(shù),驗(yàn)證電路的正確性。⑤根據(jù)設(shè)計(jì)電路,學(xué)生列出元器件采購清單,要求親自到市場(chǎng)調(diào)研采購,并結(jié)合成本考慮,采購元器件。⑥學(xué)生通過自己搭接或焊接電路、測(cè)試電路性能,最終設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)。⑦設(shè)計(jì)完成之后,學(xué)生必須參加項(xiàng)目答辯,完成設(shè)計(jì)報(bào)告。