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【摘 要】本文分析模拟电子技术实验教学存在的问题，探索以功率放大器的安装和调试为主线的实验教学，并通过科学组织实验教学过程和强化学生技能考核等方面，培养学生分析、制作和调试电路的能力。
【关键词】模拟电子技术 实验教学 功率放大器
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）12C-0156-03
模拟电子技术是高职电子信息、通信和电气类专业重要的专业基础课程，其具有知识涉及面广、概念抽象和实践性强等特点，因而学生普遍觉得学习模拟电子技术存在较大困难。为了提高模拟电子技术课程的教学成效，各学校尝试了各式各样的教学改革，也涌现出不少国家级或省级精品课程，但改革主要着力于理论教学方面，如教学内容重构、教学方式探索和信息技术应用。实验教学是课程教学的重要环节，是决定学生能否真正掌握模拟电子技术技能的关键，但各校在实验教学方面的改革力度还比较小，实验教学普遍沿用传统方法，教学效果还有待提高。
为了提高实验教学成效，课程组分析了传统实验教学存在的不足，探索以功率放大器的安装和调试为主线的实验教学，以此调动学生参与实验教学的积极性。同时，通过强化技能考核环节，给学生传导足够的学习压力，调动学生学习兴趣，提高学生学习的主动性，从而提高实验教学的成效。
一、模拟电子技术传统实验教学存在的主要问题
（一）实验教学模式落后，实验以验证理论基本电路功能为主。传统实验教学过程是以教师为中心，学生根据教师课前的指导，并参照实验指导书进行功能电路连线，然后利用万用表、示波器和信号发生器等仪器仪表进行简单的数据测量，最后对实验结果进行数据分析，形成千篇一律的实验报告。这样的教学模式容易使学生处于相对被动的学习状态，不利于激发学生主动学习的积极性，因而很难达到预期的实验教学目标。
（二）实验内容枯燥，难以激发学生求知欲。传统实验教学内容依据理论教材知识要点组成，主要由二极管整流电路、三极管单管放大电路、功率放大器电路和比例运算放大器等模块构成。并且，实验结果需要借助示波器等专业工具进行观测，导致测试方法及测试结果缺乏趣味性和观赏性，影响了课程教学效果。由于各模块电路目的在于验证某一个理论知识点，过于重视知识的理解，而忽视了学生技能的训练，纯粹为了实验而实验。这种缺乏与实际生活联系的实验内容显得枯燥，很难实现通过实验巩固、提升理论知识的目的，同时，由于传统实验教学内容的枯燥，也容易造成学生产生厌学情绪，失去对电子技术实验探索的兴趣。因此，只有激发学生自主动手、动脑参与实验教学，才能调动学生自主创新思维，达到预期的实验教学目标。
（三）实验考核不被重视，学生技能水平有待提升。以往的实验考核方式大多以批阅学生的实验报告为主，报告内容主要是实验目的、实验仪器设备、实验步骤和实验结果分析等文字材料，这样的评定方式没有突出强调学生技能水平掌握情况，导致很大一部分学生在完成实验教学课之后，许多基本技能没有掌握，例如，二极管、三极管等元件的检测方法，以及常用集成电路芯片的使用方法。这种重视实验报告的实验考核方式，忽视了对学生分析电路、调试电路能力的培养，同时，也造成了学生自主设计电路、制作电路能力的缺失。
二、教学改革措施
为了改善模拟电子技术实验教学效果，提升学生技能水平，本文实施以功率放大器的安装和调试项目为主线的实验教学，从科学组织实验教学过程和强化学生技能考核等方面对模拟电子技术实验教学进行改革。
（一）科学组织实验教学过程，吸引学生参与应用型实验。从以理论知识点为主的实验过渡到以学生制作功能电路为主的课堂实验。首先，通过制作典型TDA2030功放，让学生体验自制功放的乐趣，在成功制作电路基础上再与学生探讨放大电路的用途，并要求學生掌握其电路的分析及调试方法。其次，继续围绕功放增加外围电路。例如，温度过高报警电路、扬声器保护电路和分频器等电路，并以制作完整后级功放为教学目标，逐步丰富教学内容。
由于教学过程是围绕制作电路而展开，并在调试过程中一点点讲解电路知识，针对出现的问题进行交流探讨，让学生带着问题分析电路，带着兴趣制作电路，带着收获完成实验，让学生感觉到逐步提升技能的过程，让学生通过趣味实验增强学习信心。经过一个学期的实践教学，学生学习积极性明显提高，教学效果大为改善。
（二）以典型2030功放制作开始，培养学生电路制作兴趣。TDA2030功放电路如图1所示，首先通过成功制作TDA2030功放，让学生体会成功制作电路的喜悦，在此基础上，再引出集成功率放大器的工作原理，并逐步分析电路的电压增益由反馈电阻R2和R3的比值所决定，最后推导出增益计算公式为A=1+R2/R3，分析每个元件所起的作用。因此，通过一个简单实用的TDA2030功放的成功制作，可以逐步建立学生学习电子技术的信心，培养学生学习电路的方法。
（三）增加相应实验教学内容，完成不同教学目标。在成功制作TDA2030功放的基础上，为了继续完善电路功能，增加电源工作指示灯、温度过高报警和扬声器保护等实用型电路，逐步丰富教学内容，训练学生综合技能。
1.增加电源工作指示灯，掌握LED应用方法。电源指示灯常用于表示电路系统的工作状态，如图2所示。通过增加LED指示灯小电路，引导学生熟悉发光二极管的用法，理解发光二极管的单向导电性，学会测量发光二极管的正向导通压降，以及通过串联支路上的电阻计算出工作电流。一般情况下，流过发光二极管的工作电流在10-20 mA之间，而发光二极管的导通电压为2 v左右，依次可以推导出降压限流电阻阻值的选取范围，并通过实验观察发光二极管的亮度和限流降压电阻R之间的关系。 2.增加温度过高报警电路，学习使用比较器和温度传感器。由于TDA2030集成块需要外接散热片方可持续工作，若芯片长时间在温度过高的环境下工作，容易損坏功放芯片，因此，有必要在简单功放上增加温度过高报警功能，既符合产品安全规范需求，又可拓展学生技能。温度过高电路如图3所示，由振荡电路和温度检测比较电路组成，振荡电路外接LED实现闪烁报警。振荡电路工作频率是由电容支路的充放电时间所决定，而电路能够周而复始振荡与运放输出电压不停翻转有着密切联系。通过观察实验现象，逐步推出电路振荡的工作原理，RC充放电引起运放的比较参考电压在改变，而运放输入端电压高低变化引起其输出电压翻转，这两个过程互相影响、共同作用，从而出现振荡的效果。
电压比较器则由温度传感器和集成运放组成，温度传感器实现把温度变化转化为对应电压信号的变化，然后再与基准电压比较大小，运放输出一个高电平代表温度超出设定范围。
最后，把温度过高和振荡电路进行关联，并通过LED闪烁的方式呈现温度过高现象，在充分理解现象的基础上，再逐步分析电路振荡的原理，以及温度过高的检测方法，这样的教学模式让学生更易理解和接受运算放大器的工作原理和使用方法。
3.增加扬声器保护电路，学习使用二极管整流和三极管驱动继电器。驱动扬声器正常工作需要的是各种频率的交流信号，而频率为零的信号直流信号是扬声器所不需要的，若信号中包含过大的直流成分则可能会影响功放音质，更严重的情况是导致扬声器损坏。因此，扬声器保护电路的作用是当检测功放输出信号中含有过大直流成分时，保护电路通过三极管驱动继电器断开功放和扬声器之间的连接，避免扬声器被损坏的风险。另外，为了消除功放开机瞬间大电流冲击扬声器，需要在扬声器保护电路中增加延时开机电路，同时也可避免开机时的“砰”声给人造成的不适。扬声器保护电路如图4所示。
其中通过电阻R1、电容C1和C2可提取信号中的直流成分，4个二极管组成桥式结构实现整流功能，把可能出现的正负直流成分转化为单向直流，并用于控制下一级三极管的导通以及驱动继电器动作。
延时开机电路由电阻R2、电容C3和Q2组成，利用电容两端电压不能突变的特性，经过电阻让电容充电，而电容充电致Q2能导通的过程称为延时。
4.增加分频电路，学习电容和电感滤波特性。电容对不同频率信号分别呈现不同的容抗，频率升高则容抗减少，而电感则有着与电感相反的特性，即频率升高则感抗最大。因此，可由电容器和电感线圈构成滤波网，实现音频信号分频效果，分频器实现的功能是让信号中的高频成分进入高音喇叭，低频成分进入低音喇叭。音箱分频器可以有效地根据喇叭的特性，通过优化组合使得各单位扬长避短，让喇叭发挥各自应有的特性。
在实验过程中，可以改变电容值或电感值的大小，以实现不同的听觉感受，人的耳朵也是一个敏锐的音频信号检测工具，学生根据个人直观听觉调整电容或电感的大小，在切身感受改变元件参数影响分频效果的基础上，学生会更容易理解并接受低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器的工作原理。
（四）强化技能考核环节，传导学习压力。从对实验报告的评阅转变为对学生综合技能水平的考核，目的是为了帮助学生了解自身不足之处，督促学生更有针对性地学习，以达到全面掌握实践技能的目的，与之相对应的是考核学生对常用电子元器件的识别与检测方法、电路组装与调试能力、故障分析与排除能力等，具体考核内容如下：
1.常用电子元件的识别与检测。例如，通过目测电阻色环判断其阻值大小和误差，目的是要求学生掌握颜色所代表的数值，并且熟练计算出电阻阻值的大小；分别通过目测和使用万用表对二极管进行极性检测，目的是要求学生掌握通过目测二极管外形判别其极性，同时也会利用万用表测量二极管正反向阻值进行判别。
2.使用仪器仪表测量电路信号。例如，使用万用表测量指示灯电路中发光二极管的正向导通压降，目的是要求学生使用万用表测量电压的方法，同时，通过测量过程深刻理解发光二极管的工作电压；测量整流滤波电路中二极管的正向和反向电压，目的是要求学生理解二极管正向压降小，而反向耐压高；利用示波器测量对比小信号经过功放放大前后的波形，目的是要使学生掌握示波器的常规使用方法，并且学会波形的读数和计算，同时理解信号放大前后幅度变化，以及最大不失真输出的调试方法。
3.故障分析与排除。通过故障现象分析原因所在，并逐步排除可能问题，例如，电源指示灯不亮，目的是要求学生学会思考分析并逐步判断，指示灯电路是否有电压到达、指示灯支路是否开路、指示灯是否被接反或者烧坏；+5 v直流稳压电源无电压输出，则可以从后级往前倒推可能存在的故障原因，7805稳压管是否有电压输入，滤波电压两端是否有电压，整流二极管是否有输出电压，变压器次级输出电压是否正常，变压器初级是否有220 v输入电压等方面着手分析。通过实际的排除故障考核，学生懂得了运用理论指导实验过程，通过分析电路故障原因，进一步巩固了所学理论知识。
经过一个学期的实验教学，学生学会了独自从简单功放电路开始，逐步丰富完善电路功能，并最终完成了一个相对完整的后级功放作品。这种以电路制作和调试为导向、重视学生技能考核的实验教学方法，极大地提升了学生参与实验的热情，同时，培养了学生运用理论分析电路、调试电路的能力，学生通过成功制作电路的激励，收获了自主学习的方法和培养了电路排除故障能力，教学效果良好，达到预期教学目标。
【参考文献】
[1]韦忠善.模拟电子技术教学项目设计原则探讨[J].广西教育，2015（31）
[2]郭华，申忠如.关于模拟电子技术课程实践教学改革的研究[J].中国电力教育，2013（35）
[3]吴国祥，沈晓燕，章国安.“模拟电子技术”课程的教学改革与探讨[J].中国电力教育，2013（31）
[4]陈静，史雪飞.“模拟电子技术”课程中若干问题的探讨[J].电气电子教育学报，2014（1）
[5]王波，张岩，王美玲，等.“模拟电子技术实验”课程的改革[J].实验室研究与探索，2013（4）
[6]卢翠珍，陆冬梅.模拟电子技术课程教学改革研究与实践[J].科教文汇（下旬刊），2016（7）
【基金项目】广西教育厅高校科研项目（YB2014486）
【作者简介】邓 云（1983— ），男，广西全州人，硕士，广西职业技术学院计算机与电子信息工程系讲师。
（责编 黎 原）
【关键词】模拟电子技术 实验教学 功率放大器
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）12C-0156-03
模拟电子技术是高职电子信息、通信和电气类专业重要的专业基础课程，其具有知识涉及面广、概念抽象和实践性强等特点，因而学生普遍觉得学习模拟电子技术存在较大困难。为了提高模拟电子技术课程的教学成效，各学校尝试了各式各样的教学改革，也涌现出不少国家级或省级精品课程，但改革主要着力于理论教学方面，如教学内容重构、教学方式探索和信息技术应用。实验教学是课程教学的重要环节，是决定学生能否真正掌握模拟电子技术技能的关键，但各校在实验教学方面的改革力度还比较小，实验教学普遍沿用传统方法，教学效果还有待提高。
为了提高实验教学成效，课程组分析了传统实验教学存在的不足，探索以功率放大器的安装和调试为主线的实验教学，以此调动学生参与实验教学的积极性。同时，通过强化技能考核环节，给学生传导足够的学习压力，调动学生学习兴趣，提高学生学习的主动性，从而提高实验教学的成效。
一、模拟电子技术传统实验教学存在的主要问题
（一）实验教学模式落后，实验以验证理论基本电路功能为主。传统实验教学过程是以教师为中心，学生根据教师课前的指导，并参照实验指导书进行功能电路连线，然后利用万用表、示波器和信号发生器等仪器仪表进行简单的数据测量，最后对实验结果进行数据分析，形成千篇一律的实验报告。这样的教学模式容易使学生处于相对被动的学习状态，不利于激发学生主动学习的积极性，因而很难达到预期的实验教学目标。
（二）实验内容枯燥，难以激发学生求知欲。传统实验教学内容依据理论教材知识要点组成，主要由二极管整流电路、三极管单管放大电路、功率放大器电路和比例运算放大器等模块构成。并且，实验结果需要借助示波器等专业工具进行观测，导致测试方法及测试结果缺乏趣味性和观赏性，影响了课程教学效果。由于各模块电路目的在于验证某一个理论知识点，过于重视知识的理解，而忽视了学生技能的训练，纯粹为了实验而实验。这种缺乏与实际生活联系的实验内容显得枯燥，很难实现通过实验巩固、提升理论知识的目的，同时，由于传统实验教学内容的枯燥，也容易造成学生产生厌学情绪，失去对电子技术实验探索的兴趣。因此，只有激发学生自主动手、动脑参与实验教学，才能调动学生自主创新思维，达到预期的实验教学目标。
（三）实验考核不被重视，学生技能水平有待提升。以往的实验考核方式大多以批阅学生的实验报告为主，报告内容主要是实验目的、实验仪器设备、实验步骤和实验结果分析等文字材料，这样的评定方式没有突出强调学生技能水平掌握情况，导致很大一部分学生在完成实验教学课之后，许多基本技能没有掌握，例如，二极管、三极管等元件的检测方法，以及常用集成电路芯片的使用方法。这种重视实验报告的实验考核方式，忽视了对学生分析电路、调试电路能力的培养，同时，也造成了学生自主设计电路、制作电路能力的缺失。
二、教学改革措施
为了改善模拟电子技术实验教学效果，提升学生技能水平，本文实施以功率放大器的安装和调试项目为主线的实验教学，从科学组织实验教学过程和强化学生技能考核等方面对模拟电子技术实验教学进行改革。
（一）科学组织实验教学过程，吸引学生参与应用型实验。从以理论知识点为主的实验过渡到以学生制作功能电路为主的课堂实验。首先，通过制作典型TDA2030功放，让学生体验自制功放的乐趣，在成功制作电路基础上再与学生探讨放大电路的用途，并要求學生掌握其电路的分析及调试方法。其次，继续围绕功放增加外围电路。例如，温度过高报警电路、扬声器保护电路和分频器等电路，并以制作完整后级功放为教学目标，逐步丰富教学内容。
由于教学过程是围绕制作电路而展开，并在调试过程中一点点讲解电路知识，针对出现的问题进行交流探讨，让学生带着问题分析电路，带着兴趣制作电路，带着收获完成实验，让学生感觉到逐步提升技能的过程，让学生通过趣味实验增强学习信心。经过一个学期的实践教学，学生学习积极性明显提高，教学效果大为改善。
（二）以典型2030功放制作开始，培养学生电路制作兴趣。TDA2030功放电路如图1所示，首先通过成功制作TDA2030功放，让学生体会成功制作电路的喜悦，在此基础上，再引出集成功率放大器的工作原理，并逐步分析电路的电压增益由反馈电阻R2和R3的比值所决定，最后推导出增益计算公式为A=1+R2/R3，分析每个元件所起的作用。因此，通过一个简单实用的TDA2030功放的成功制作，可以逐步建立学生学习电子技术的信心，培养学生学习电路的方法。
（三）增加相应实验教学内容，完成不同教学目标。在成功制作TDA2030功放的基础上，为了继续完善电路功能，增加电源工作指示灯、温度过高报警和扬声器保护等实用型电路，逐步丰富教学内容，训练学生综合技能。
1.增加电源工作指示灯，掌握LED应用方法。电源指示灯常用于表示电路系统的工作状态，如图2所示。通过增加LED指示灯小电路，引导学生熟悉发光二极管的用法，理解发光二极管的单向导电性，学会测量发光二极管的正向导通压降，以及通过串联支路上的电阻计算出工作电流。一般情况下，流过发光二极管的工作电流在10-20 mA之间，而发光二极管的导通电压为2 v左右，依次可以推导出降压限流电阻阻值的选取范围，并通过实验观察发光二极管的亮度和限流降压电阻R之间的关系。 2.增加温度过高报警电路，学习使用比较器和温度传感器。由于TDA2030集成块需要外接散热片方可持续工作，若芯片长时间在温度过高的环境下工作，容易損坏功放芯片，因此，有必要在简单功放上增加温度过高报警功能，既符合产品安全规范需求，又可拓展学生技能。温度过高电路如图3所示，由振荡电路和温度检测比较电路组成，振荡电路外接LED实现闪烁报警。振荡电路工作频率是由电容支路的充放电时间所决定，而电路能够周而复始振荡与运放输出电压不停翻转有着密切联系。通过观察实验现象，逐步推出电路振荡的工作原理，RC充放电引起运放的比较参考电压在改变，而运放输入端电压高低变化引起其输出电压翻转，这两个过程互相影响、共同作用，从而出现振荡的效果。
电压比较器则由温度传感器和集成运放组成，温度传感器实现把温度变化转化为对应电压信号的变化，然后再与基准电压比较大小，运放输出一个高电平代表温度超出设定范围。
最后，把温度过高和振荡电路进行关联，并通过LED闪烁的方式呈现温度过高现象，在充分理解现象的基础上，再逐步分析电路振荡的原理，以及温度过高的检测方法，这样的教学模式让学生更易理解和接受运算放大器的工作原理和使用方法。
3.增加扬声器保护电路，学习使用二极管整流和三极管驱动继电器。驱动扬声器正常工作需要的是各种频率的交流信号，而频率为零的信号直流信号是扬声器所不需要的，若信号中包含过大的直流成分则可能会影响功放音质，更严重的情况是导致扬声器损坏。因此，扬声器保护电路的作用是当检测功放输出信号中含有过大直流成分时，保护电路通过三极管驱动继电器断开功放和扬声器之间的连接，避免扬声器被损坏的风险。另外，为了消除功放开机瞬间大电流冲击扬声器，需要在扬声器保护电路中增加延时开机电路，同时也可避免开机时的“砰”声给人造成的不适。扬声器保护电路如图4所示。
其中通过电阻R1、电容C1和C2可提取信号中的直流成分，4个二极管组成桥式结构实现整流功能，把可能出现的正负直流成分转化为单向直流，并用于控制下一级三极管的导通以及驱动继电器动作。
延时开机电路由电阻R2、电容C3和Q2组成，利用电容两端电压不能突变的特性，经过电阻让电容充电，而电容充电致Q2能导通的过程称为延时。
4.增加分频电路，学习电容和电感滤波特性。电容对不同频率信号分别呈现不同的容抗，频率升高则容抗减少，而电感则有着与电感相反的特性，即频率升高则感抗最大。因此，可由电容器和电感线圈构成滤波网，实现音频信号分频效果，分频器实现的功能是让信号中的高频成分进入高音喇叭，低频成分进入低音喇叭。音箱分频器可以有效地根据喇叭的特性，通过优化组合使得各单位扬长避短，让喇叭发挥各自应有的特性。
在实验过程中，可以改变电容值或电感值的大小，以实现不同的听觉感受，人的耳朵也是一个敏锐的音频信号检测工具，学生根据个人直观听觉调整电容或电感的大小，在切身感受改变元件参数影响分频效果的基础上，学生会更容易理解并接受低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器的工作原理。
（四）强化技能考核环节，传导学习压力。从对实验报告的评阅转变为对学生综合技能水平的考核，目的是为了帮助学生了解自身不足之处，督促学生更有针对性地学习，以达到全面掌握实践技能的目的，与之相对应的是考核学生对常用电子元器件的识别与检测方法、电路组装与调试能力、故障分析与排除能力等，具体考核内容如下：
1.常用电子元件的识别与检测。例如，通过目测电阻色环判断其阻值大小和误差，目的是要求学生掌握颜色所代表的数值，并且熟练计算出电阻阻值的大小；分别通过目测和使用万用表对二极管进行极性检测，目的是要求学生掌握通过目测二极管外形判别其极性，同时也会利用万用表测量二极管正反向阻值进行判别。
2.使用仪器仪表测量电路信号。例如，使用万用表测量指示灯电路中发光二极管的正向导通压降，目的是要求学生使用万用表测量电压的方法，同时，通过测量过程深刻理解发光二极管的工作电压；测量整流滤波电路中二极管的正向和反向电压，目的是要求学生理解二极管正向压降小，而反向耐压高；利用示波器测量对比小信号经过功放放大前后的波形，目的是要使学生掌握示波器的常规使用方法，并且学会波形的读数和计算，同时理解信号放大前后幅度变化，以及最大不失真输出的调试方法。
3.故障分析与排除。通过故障现象分析原因所在，并逐步排除可能问题，例如，电源指示灯不亮，目的是要求学生学会思考分析并逐步判断，指示灯电路是否有电压到达、指示灯支路是否开路、指示灯是否被接反或者烧坏；+5 v直流稳压电源无电压输出，则可以从后级往前倒推可能存在的故障原因，7805稳压管是否有电压输入，滤波电压两端是否有电压，整流二极管是否有输出电压，变压器次级输出电压是否正常，变压器初级是否有220 v输入电压等方面着手分析。通过实际的排除故障考核，学生懂得了运用理论指导实验过程，通过分析电路故障原因，进一步巩固了所学理论知识。
经过一个学期的实验教学，学生学会了独自从简单功放电路开始，逐步丰富完善电路功能，并最终完成了一个相对完整的后级功放作品。这种以电路制作和调试为导向、重视学生技能考核的实验教学方法，极大地提升了学生参与实验的热情，同时，培养了学生运用理论分析电路、调试电路的能力，学生通过成功制作电路的激励，收获了自主学习的方法和培养了电路排除故障能力，教学效果良好，达到预期教学目标。
【参考文献】
[1]韦忠善.模拟电子技术教学项目设计原则探讨[J].广西教育，2015（31）
[2]郭华，申忠如.关于模拟电子技术课程实践教学改革的研究[J].中国电力教育，2013（35）
[3]吴国祥，沈晓燕，章国安.“模拟电子技术”课程的教学改革与探讨[J].中国电力教育，2013（31）
[4]陈静，史雪飞.“模拟电子技术”课程中若干问题的探讨[J].电气电子教育学报，2014（1）
[5]王波，张岩，王美玲，等.“模拟电子技术实验”课程的改革[J].实验室研究与探索，2013（4）
[6]卢翠珍，陆冬梅.模拟电子技术课程教学改革研究与实践[J].科教文汇（下旬刊），2016（7）
【基金项目】广西教育厅高校科研项目（YB2014486）
【作者简介】邓 云（1983— ），男，广西全州人，硕士，广西职业技术学院计算机与电子信息工程系讲师。
（责编 黎 原）