靜態(tài)工作點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

直流工作點(diǎn)(也稱靜態(tài)工作狀態(tài)或Q點(diǎn))是整個(gè)《電子線路》課程的核心內(nèi)容，也是學(xué)生學(xué)習(xí)電子線路時(shí)最難理解的一大問題。學(xué)生在開始學(xué)習(xí)直流工作點(diǎn)時(shí)，總是摸不著頭腦，更不知道它所具有的作用。教學(xué)中常常是課程教學(xué)進(jìn)行到一大半，學(xué)生對(duì)放大電路的工作點(diǎn)要求還不甚了解，致使后續(xù)課程的教學(xué)感到非常困難，同時(shí)也嚴(yán)重影響了學(xué)生《電子線路》課程學(xué)習(xí)的積極性。因此，切實(shí)有效地提高直流工作點(diǎn)這一內(nèi)容的教學(xué)效果，是關(guān)系到整個(gè)《電子線路》課程的教學(xué)質(zhì)量和對(duì)學(xué)生電子技術(shù)能力培養(yǎng)成敗的關(guān)鍵。為此，筆者對(duì)直流工作點(diǎn)的教學(xué)做了長(zhǎng)期、深入的分析和探索。筆者認(rèn)為，在教學(xué)實(shí)踐中遵循以下幾個(gè)環(huán)節(jié)有助于學(xué)生對(duì)直流工作點(diǎn)的理解和掌握。

一、概念引入:對(duì)工作點(diǎn)的初步認(rèn)識(shí)

學(xué)生在學(xué)完晶體二極管、三極管后，開始三極管放大電路的學(xué)習(xí)。三極管放大電路的基本工作過程即是建立在直流工作點(diǎn)的基礎(chǔ)之上。隨著課程教學(xué)的深入，直流、交流狀態(tài)的計(jì)算，動(dòng)態(tài)分析，失真分析等等概念相繼推出。從形式上看，按教課書內(nèi)容的編排對(duì)直流工作點(diǎn)的教學(xué)是遵循了一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。實(shí)際上卻違反了學(xué)生對(duì)這一概念建立的思維過程，學(xué)生往往不易從理論上很快建立一個(gè)全新的概念，他們對(duì)那么多既抽象、理論相對(duì)較深的內(nèi)容無論如何都一時(shí)消化不了。一種比較容易接受的方法是先從實(shí)踐中建立一個(gè)有助于對(duì)概念理解的實(shí)際模型，進(jìn)而再引入到對(duì)理論的認(rèn)識(shí)。

因此，在初次教學(xué)直流工作點(diǎn)時(shí)，無須談得很多，不需按照教課書的安排，連續(xù)用若干課時(shí)對(duì)工作點(diǎn)的全部?jī)?nèi)容加以介紹?？梢栽趯?duì)學(xué)生給出三極管基本放大電路的同時(shí)，初步提出各元件的作用，建立起晶體管放大電路直流工作狀態(tài)的初步概念。接著很重要的一點(diǎn)是通過課堂演示佐證工作點(diǎn)的存在對(duì)放大電路的影響。教師在給學(xué)生的演示中要突對(duì)在以下幾點(diǎn)加以說明。

1.晶體三極管的放大作用

用示波器觀察放大電路輸入端的小信號(hào)波形，而后測(cè)量其輸出端的信號(hào)波形，從中體會(huì)放大電路的放大作用。

2.直流工作點(diǎn)的位置確定及其測(cè)量方法

直流工作點(diǎn)主要包含IB、IC和VCE三個(gè)物理量，它們的測(cè)量連接方法如圖1所示。

3.改變直流工作點(diǎn)對(duì)放大電路的影響

通過改變基極電阻RB，工作點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化，從示波器上觀察輸出波形的變化。

圖1直流工作點(diǎn)對(duì)放大倍數(shù)影響的測(cè)量圖

二、理論到實(shí)踐，加強(qiáng)對(duì)工作點(diǎn)的再認(rèn)識(shí)

在課堂給學(xué)生作演示可以起到說明問題，讓學(xué)生初步建立概念的作用。但是要鞏固、加深認(rèn)識(shí)，光靠外在的影響是不夠的。在學(xué)生對(duì)直流工作點(diǎn)具有初步印象后，適時(shí)安排學(xué)生實(shí)習(xí)，讓他們自己動(dòng)手驗(yàn)證直流工作點(diǎn)，效果就十分明顯。實(shí)習(xí)要點(diǎn):第一，讓學(xué)生自己動(dòng)手組成晶體管基本放大電路;第二，學(xué)會(huì)使用有關(guān)測(cè)量?jī)x表，如三用表、微安表、毫安表、信號(hào)發(fā)生器和示波器和直流工作點(diǎn)的測(cè)量方法等;第三，測(cè)量工作點(diǎn)及驗(yàn)證工作點(diǎn)的變化對(duì)放大電路的影響。

由學(xué)生自己動(dòng)手組成電路，以及由RB的變化改變直流工作狀態(tài)如何影響輸出波形的變化，學(xué)生從中真正體會(huì)到直流工作點(diǎn)的作用，以及確定合適工作點(diǎn)的必要性。通過實(shí)踐，學(xué)生對(duì)直流工作點(diǎn)的概念和工作點(diǎn)的影響有了非常直觀的感受，印象深刻。

三、實(shí)踐到理論，深化對(duì)工作點(diǎn)的認(rèn)識(shí)

經(jīng)過學(xué)生自己動(dòng)手、測(cè)試晶體三極管放大電路的工作特征，學(xué)生對(duì)工作點(diǎn)的認(rèn)識(shí)加深了，這時(shí)再回到課堂上繼續(xù)有關(guān)工作點(diǎn)問題更深入的理論教學(xué)。

在實(shí)踐中，通過對(duì)基本放大電路基極偏置電阻Rb的改變，直流工作狀態(tài)隨之發(fā)生改變，其基本特征是:RB↑→ IB↓→IC↓→ VCE↑ ，放大電路輸出波形要產(chǎn)生截止失真，如圖2(a)所示;RB↓→IB↑→IC↑→ VCE↓ ，放大電路輸出波形要產(chǎn)生飽和失真，如圖2(c)所示;合適工作點(diǎn)的輸出波形如圖2(b)所示。

圖2波形是把學(xué)生在實(shí)踐中已經(jīng)看到的現(xiàn)象，通過理論的方式加以表示，避免了學(xué)生從一開始就面對(duì)曲線、波形等空洞、抽象的概念。學(xué)生在實(shí)踐的基礎(chǔ)上認(rèn)識(shí)理論，更符合其接受知識(shí)的基本規(guī)律。

與此同時(shí)，直流工作點(diǎn)的三個(gè)基本關(guān)系便可推出。到這時(shí)，從理論上完整說明了直流工作點(diǎn)及其變化特征，學(xué)生就更容易接受了。

四、教學(xué)過程的實(shí)施要?jiǎng)t

對(duì)直流工作點(diǎn)的教學(xué)，穿插著課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)、理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作相結(jié)合等環(huán)節(jié)，因此在教學(xué)實(shí)踐中需注意以下幾點(diǎn)。

1.課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的課時(shí)安排要合理

在課堂上剛開始結(jié)合放大電路提出直流工作點(diǎn)時(shí)，不宜對(duì)工作點(diǎn)講得過細(xì)，可用一個(gè)課時(shí)提出概念，另一個(gè)課時(shí)進(jìn)行課堂演示就夠了。學(xué)生在初次實(shí)習(xí)組成放大電路時(shí)可能要占有一定時(shí)間，還要學(xué)會(huì)儀表使用和測(cè)量方法，約需四個(gè)課時(shí)。

2.理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合

教師在課堂上實(shí)施理論教學(xué)，怎樣教，教到什么程度，理論教師應(yīng)有具體計(jì)劃。接下去的實(shí)踐教學(xué)應(yīng)與理論教學(xué)要有一個(gè)合理銜接，同時(shí)實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容和要求也要明確提出，以便在后續(xù)課程教學(xué)時(shí)可以引用或驗(yàn)證。在這種理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)密切相連的情況下，建議理論和實(shí)習(xí)教師最好由同一人承擔(dān)，這樣更有利于教學(xué)的正常開展。

3.注意每個(gè)學(xué)生的實(shí)際操作情況

在有的學(xué)校剛開始安排學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)，由于條件限制，有些設(shè)備不能人手一臺(tái)，如信號(hào)發(fā)生器、示波器等。因此在安排學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)，力盡避免有的學(xué)生走過場(chǎng)，使他們不能真正感受到實(shí)踐操作所應(yīng)得到的體會(huì)，這與我們的教學(xué)計(jì)劃相違，不能達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)效果。

4.適時(shí)地引伸到實(shí)際應(yīng)用中

直流工作點(diǎn)的建立，是三極管基本放大電路的自身要求，保證了電路能處于正常工作狀態(tài)。對(duì)于一個(gè)放大電路乃至模擬集成電路是否處于正常工作狀態(tài)，均是通過其直流工作點(diǎn)能否正常建立來判斷的。經(jīng)常看到一些家電維修人員用三用表的直流電壓檔測(cè)量電路的直流電壓值，目的就是用來判斷該電路是否處在正常工作狀態(tài)?？梢宰寣W(xué)生在教師指導(dǎo)下，對(duì)諸如晶體管收音機(jī)，或小家電進(jìn)行直流工作點(diǎn)的測(cè)試，來分析電路的工作狀態(tài)，從而提高學(xué)生的實(shí)際工作能力，達(dá)到對(duì)直流工作點(diǎn)的教學(xué)要求。

(作者單位:浙江省海鹽縣職業(yè)成人教育中心)