“模擬電子技術(shù)實驗”實驗板的設(shè)計、改進(jìn)與制作

秦冬成　姜玉亭　王土央

[摘要]模擬電子技術(shù)實驗是電子信息類專業(yè)極其重要的基礎(chǔ)實驗課程。隨著時代的發(fā)展，其理論教學(xué)、實驗教學(xué)為適應(yīng)時代也在不斷地改革發(fā)展。那么，如何跟上時代步伐，在理論教學(xué)實施改革的基礎(chǔ)上，開出適應(yīng)新時期、完美無缺的實驗是我們教師的頭等大事。

[關(guān)鍵詞]模擬電子技術(shù)實驗板；模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)；模擬電子技術(shù)理論教學(xué)

1我校模擬電子技術(shù)實驗概況

我校教學(xué)實踐部電路中心是國家級實驗教學(xué)示范中心，全面負(fù)責(zé)整個學(xué)校的電路分析基礎(chǔ)實驗、模擬電子技術(shù)實驗、通信電子電路實驗、數(shù)字電路技術(shù)實驗、微機原理實驗。同時。我校的《電子電路技術(shù)基礎(chǔ)實驗》也是是國家級精品課程，《電子電路技術(shù)基礎(chǔ)實驗》教學(xué)團(tuán)隊也是國家級教學(xué)團(tuán)隊?！赌M電子技術(shù)實驗》是電子信息類學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。對應(yīng)全校各院系的不同要求，要求開出《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)A實驗》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)B實驗》，為做到資源共享，目前該課程的實驗教學(xué)由教學(xué)實踐部電路中心第一實驗室承擔(dān)。第一實驗室面向全校各院系本科學(xué)生的不同要求，相應(yīng)開出《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)A實驗》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)B實驗》及其相應(yīng)的開放實驗。為配合國家級實驗教學(xué)示范中心、精品課程的建設(shè)要求，充分利用我部已有的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，緊跟現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展要求，提高學(xué)生獨立創(chuàng)新的實踐能力，使學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時間獲得最大的學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的全面提升、增強學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。對應(yīng)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)A實驗》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)B實驗》課程開出：單級放大電路（一），單級放大電路（二），差動放大電路，互補對稱功率放大器，兩級負(fù)反饋放大器，集成運算放大器的應(yīng)用，整流濾波與穩(wěn)壓電源，集成電路、分離元件混合放大器的設(shè)計等項目的實驗。對應(yīng)不同的課程及要求，選擇以上相應(yīng)的實驗項目。通過以上實驗，使學(xué)生能理論聯(lián)系實際，使學(xué)生的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的理論與實際水平得到提高，動手能力也得到提高。

2不斷完善實驗板、提高實驗室的硬件、軟件配置

隨著時代的發(fā)展，實驗室設(shè)備配置尤顯重要。目前我校電路中心實驗室提供每人一套的配置，每套配置如下：模擬示波器（做模擬電子技術(shù)實驗使用模擬示波器較好，因模擬示波器捕捉小信號能力較強且穩(wěn)定。當(dāng)然目前數(shù)字示波器捕捉小信號能力已大大改善，我們實驗室也將馬上升級數(shù)字示波器）、DDS函數(shù)信號發(fā)生器、高精度數(shù)字萬用表、交流毫伏表、直流穩(wěn)定電源、晶體管特性曲線測試儀、頻率特性測試儀、失真度測試儀、高精度L、C測試儀等儀器以及模擬電路實驗箱、驗證實驗電路板、實驗元器件等。其中晶體管特性曲線測試儀、頻率特性測試儀、失真度測試儀、高精度L、C測試儀5人共用一套?，F(xiàn)在開出的實驗課大致有以下形式：驗證性實驗、設(shè)計性以及綜合性實驗。為了在有限的時間讓學(xué)生學(xué)到更多的知識，三極管單管放大電路、集成運算放大電路、負(fù)反饋放大電路、互補對稱功率放大電路、整流濾波與穩(wěn)壓電源等目前以驗證性實驗的形式來完成：三極管單管放大電路增加設(shè)計性實驗的內(nèi)容，集成電路、分離元件混合放大器的設(shè)計實驗則以設(shè)計性及綜合性實驗的形式來完成：教師提供參考電路，學(xué)生也可按要求自己設(shè)計電路，要求學(xué)生用電路軟件畫SCH圖、PCB板圖目，然后制作電路板、焊接、調(diào)試好、穩(wěn)定后予教師檢查驗收，充分鍛煉學(xué)生的動手能力、知識應(yīng)用能力，使學(xué)生電路方面的能力得到全面提高。盡管是驗證性實驗。我們也對其也不斷完善，保證其時代的先進(jìn)性、實用性及完美性。在長期的實踐教學(xué)中。遇到過許多問題，通過大家商量、分析與改進(jìn)，各項實驗遇到的問題都陸續(xù)得到解決。以下則是一些必較嚴(yán)重的問題，其實這些問題在外校的參觀學(xué)習(xí)中也同樣遇到，我們加以了分析、改進(jìn)，經(jīng)實驗驗證再改進(jìn)，最終問題得到圓滿解決。

3由分立元件組成的互補對稱功率放大器實驗板的改進(jìn)、設(shè)計與制作

3.1“互補對稱功率放大器實驗”原實驗電路

“互補對稱功率放大器實驗”原實驗電路圖如圖1所示，從電路圖看出，該電路為OTL電路，使用電容耦合輸出，單電源+12V供電，VTl為單三級管共發(fā)射級電壓放大電路，為該互補對稱功率放大器電路提供足夠的增益，互補對稱輸出管、VT₂、VT₃為9013、9012，為小功率三級管，帶負(fù)載能力較差，接5.1K負(fù)載做實驗，VT₂、VT₃還是經(jīng)常損壞。其實驗計算結(jié)果，輸出功率、效率非常低，實測效率η≤7%，與理論書上的計算效率η約為78.5%，相差太大，叫學(xué)生莫衷一是，不知如何處理結(jié)果。所以，必須加以改進(jìn)，改進(jìn)之后，使電路能穩(wěn)定工作。使電路的效率接近78.5%，與理論書上的計算結(jié)果較接近，讓學(xué)生做正確的實驗；實際上，該電路頻響也不好測試，測出結(jié)果也是叫人費解。

3.2“互補對稱功率放大器實驗”改成的實驗電路

經(jīng)思考、反復(fù)實驗試制，改成如圖2所示穩(wěn)定、成熟的電路，電路同樣使用+12V單電源供電，將vT2、VT3改為TIP41C、TIP42C功率管，重新調(diào)整VT₁、VT₂、VT₃管的靜態(tài)工作點，使其工作點更理想，按如圖電路形式，9013能推動TIP41C、TIP42C功率管；且因TIP41C、TIP42C其P_cm可達(dá)65W、I_cm可達(dá)10A，不易損壞，且該功率管外形不大，可以焊接在原位置，當(dāng)然，給TIP41C、TIP42C功率管裝上一小散熱片更好；TIP41C、TIP42C功率管可帶動較重負(fù)載，其波形、各項實驗測試結(jié)果良好。具體制作時，將R₉調(diào)整為33n左右，使輸出波形有一點點交越失真，便于學(xué)生充分理解互補推挽輸出的概念。實驗時調(diào)整R_p，即調(diào)整M點的靜態(tài)工作點，使輸出點有最大的輸出電壓幅度：經(jīng)實驗結(jié)果計算，輸出功率、效率均得以提高，按以下公式計算：

4整流濾波與穩(wěn)壓電源實驗板的設(shè)計、改進(jìn)與制作

4.1“整流濾波與穩(wěn)壓電源實驗”原實驗電路

“整流濾波與穩(wěn)壓電源實驗”原實驗電路圖如圖3所示Ⅲ，經(jīng)多年使用，該實驗電路不太穩(wěn)定，學(xué)生在做該實驗一系列的實驗內(nèi)容時，電路經(jīng)常自激，三端穩(wěn)壓LM317T也經(jīng)常損壞，須迫切改進(jìn)。圖3“整流濾波與穩(wěn)壓電源實驗”原實驗電路圖

4.2“整流濾波與穩(wěn)壓電源實驗”改成的實驗電路

5“集成運算放大器的應(yīng)用”模電實驗板改進(jìn)

該實驗電路板原設(shè)計有些小問題，實驗時集成運放uA741、LM741損壞較多。首先對正、負(fù)電源加上二極管電源接錯自動保護(hù)電路，如圖5所示；因?qū)嶒灂r學(xué)生正、負(fù)電源接錯的情況比較多，利用二極管的單向?qū)щ娦?，若正、?fù)電源接錯，電源則自動接不上。電路不工作；同時在集成電路的正、負(fù)電源處就近對地接0.1uF/63V的獨石電容并聯(lián)10uF/16V的電解電容。濾去干擾噪聲，消除電路自激；如果是多級級聯(lián)工作，級與級加L、C電源退藕電路，使電路更穩(wěn)定。當(dāng)然排版時，電源地與信號地分別走線，電源由后往前供電，兩地線在供電處匯集。按以上處理后，集成運放uA741、LM741的損壞大大減少，電路的穩(wěn)定性也更好了。

6“負(fù)反饋放大器”模電實驗板改進(jìn)

經(jīng)反復(fù)思考、實驗試制，“負(fù)反饋放大器”模電實驗板改成圖6，1所示的實驗電路，該電路為兩級單管放大器的級聯(lián)，為一電壓串聯(lián)負(fù)反饋，R₁₆、C₃為該電路的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)；按負(fù)反饋放大電路方塊圖的分析方法，其基本放大器電路等效為如圖6.2所示，為了使學(xué)生正確理解基本放大器電路，其重復(fù)使用的元器件沒有改動位號：在改制實驗板時，要增加基本放大器電路所示的重復(fù)的元器件。做該實驗時，特別是做基本放大器電路實驗時，電路不穩(wěn)定、自激，是我們經(jīng)常遇到的問題。為使電路穩(wěn)定，不自激，首先把每級放大器的增益適當(dāng)降低，第一級加

R7負(fù)反饋電阻，第二級加上R₁₄負(fù)反饋電阻，級與級增加如圖6.1所示的L₁、C₁₀、C₁₁電源去藕電路。消除兩級放大器之間的共電耦合。按以上要求改好、制作好的電路板，學(xué)生在做“負(fù)反饋放大器實驗”的一系列實驗時，電路都很穩(wěn)定，學(xué)生都能很順利地做完實驗內(nèi)容。他們實驗結(jié)果：基本放大器、負(fù)反饋放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻都得到正確驗證。滿足各自的驗證公式，當(dāng)然也驗證了基本放大器的正確性。改制成功。

7結(jié)束語

以上是我們在上模擬電子技術(shù)實驗課過程中遇到各種的問題，經(jīng)理論分析，改進(jìn)、然后反復(fù)實驗給予了解決，這些改革與改進(jìn)取得了較好的教學(xué)效果，同時也取得較好的效益。匯編成以上，與大家共饗，也歡迎大家提出寶貴意見。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]