“電路原理”與“模擬電子技術”課程銜接教學探討

楊會玲+王軍

摘要：“電路原理”和“模擬電子技術”是電氣信息類專業的兩門重要專業基礎課，本文針對學生學習中對“電路原理”課程的專業基礎定位模糊，以及對“模擬電子技術”課程畏難的問題，提出加強兩門課程知識點銜接，將“模擬電子技術”相關知識點融入“電路原理”課程教學中的教學理念和方法。實踐證明，該教學方法有效提高了學生的學習興趣和熱情，使學生學習效果顯著。

關鍵詞：電路原理；模擬電子技術；知識點銜接

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）49-0262-03

一、引言

“電路原理”是電氣信息類專業的第一門專業基礎課，它對學生專業意識以及工程意識的培養具有關鍵作用，同時“模擬電子技術”在電類專業課程體系中處于承上啟下的核心地位，是后續專業課程的重要基礎。因此，這兩門課程對電類專業的學生尤為重要，教學效果直接影響著學生的學習興趣和專業發展。

二、課程現狀及問題

“模擬電子技術”中很多實際電子電路是在工程近似的基礎上，用“電路原理”中的各種分析方法求解的，但是傳統的基礎課程建設理念，使“電路原理”教材在內容的編排上對基本概念、基本定理和經典分析方法給予了足夠重視，但對它們在后續“模擬電子技術”課程中的應用卻涉及過少。同時，教師在授課環節也多習慣于遵從教材和基本教學大綱，循規蹈矩，例題和習題幾乎都來自于教材和配套的習題集，而這些題目絕大多數都與后續課程毫不相關，也鮮有工程意義和價值，只能起到對所講定理進行理論訓練的目的，這使相當一部分學生對“電路原理”課程定位產生誤解，甚至有部分學生把它和數學、物理這樣的公共基礎課程混為一談，將其與“模擬電子技術”課程完全割裂；另一方面，由于“模擬電子技術”課程工程性較強，概念較多，并且具有交直流共存、線性與非線性共存、頻率特性以及時變與時不變共存等特點，很多學生最初接觸到這門課程時無法快速建立工程近似意識，往往會感覺不知所措，產生畏難心理，從而對這門課程失去信心和學習興趣。為了解決學生對“電路原理”課程專業基礎定位模糊以及對“模擬電子技術”畏難的問題，一方面需大力加強教材建設與改革，編寫出具有知識點緊密銜接的系列優秀教材，另一方面，教師授課時應充分發揮主觀能動性，講授“電路原理”課程時，在講清基本概念、基本理論和分析方法的基礎上，有意識地適時適度引入模擬電路或器件作為分析對象，在兩門課程之間建立起有機的銜接，引領學生建立良好的工程和專業意識，激發他們的學習興趣[1]。

三、相關知識點銜接教學案例探討

（一）受控源教學中引入晶體三極管

“電路原理”中受控源的定義比較抽象，很多學生對受控源元件的理解感到困惑。同時，在學習“模擬電子技術”時，多數學生也很難主動聯想到用受控源對晶體管進行小信號建模。為了解決上述問題，有必要在“電路原理”的受控源教學中引入晶體三極管，用其解釋流控電流源。

啟動multisim10軟件，在電路窗口中創建測試電路如圖1所示，利用multisim仿真分析法中的直流掃描法可以完成對晶體管輸出特性曲線的測試。在晶體管測試電路中，先選定一個基極電流值i ，然后掃描v 的變化對集電極電流的影響，得到該基極電流作用下i 與v 的一根變化曲線如圖2所示，最后再掃描基極電流i 變化時i 與v 的一簇變化曲線如圖3所示。

由圖2知，當v 大于某個值后，i 近似為一條平行于v 橫軸的直線，這一特點與獨立電流源的特性接近，由圖3又知，i 電流隨i 電流取值的改變而改變，且i 為零時，i 也近似等于零，這又是與獨立電流源本質不同的一點，說明i 電流是受i 電流控制的。進一步分析發現，可以總結出其對應的模型是電流控制電流源。有了這個認識，學生就比較容易理解受控源與獨立源的區別，同時也能很直觀地領悟到晶體管器件在滿足一定的條件時可以等效成受控源模型。

（二）戴維寧定理教學中引入放大電路的輸出電阻

戴維寧定理指出：一個含源單口網絡可以按照其端口的伏安特性等效為電壓源與電阻的串聯組合，等效的條件是單口網絡內部是線性電路，且與端口外部無受控關系。等效電阻求解是戴維寧定理運用中的核心內容之一，在放大電路的交流分析中也有著重要的應用[2]。

基本放大電路中的晶體管是非線性元件，因此它實質上是一個非線性電路，但在輸入信號幅值比較小的情況下，晶體管在靜態工作點附近小范圍內的特性曲線近似為直線，因此工程上常將小信號條件下的放大電路作為線性電路處理。圖4為基本共射極電壓放大電路的交流通路，其小信號等效模型如圖5所示，由于在受控源教學中已經引入晶體三極管，因此學生對此并不難理解，具體的建模過程是“模擬電子技術”課程要解決的問題。圖5中，對負載R 來說，其左側顯然滿足線性單口網絡的條件，因此可以用戴維寧定理對電路進行分析。根據戴維寧定理，求戴維寧等效電阻的電路如圖6所示，可以求得R =R 。這里的R 即為放大電路的輸出電阻，它是衡量放大電路性能的一個重要指標。通過這種題目的分析，學生對戴維寧定理在“模擬電子技術”中的應用有了較清晰的認識，在后續“模擬電子技術”課程學習相關內容時，也能很快反應出選用哪種電路定理對其進行分析求解，達到知識的融會貫通。

（三）二端口網絡理論教學中引入放大電路

晶體管的三個電極在電路中可以連接成一個雙口網絡，分析放大電路時，通常要求計算電壓電流放大倍數，而二端口的轉移函數表示的就是輸出電壓或電流與輸入電壓或電流之比。由二端口網絡轉移函數理論可知，任何一個復雜的二端口網絡都可以最終表示成如圖7的形式[3]，其中A= 為傳遞參數矩陣。

在考慮負載阻抗Z 和信號源內阻Z 時，有：

設圖4中R =500Ω，R =300ΚΩ，R =R =4ΚΩ，晶體管的H參數矩陣為H= ， 將R 、T、R 分別看作三個二端口網絡A 、A 、A ，根據二端口網絡理論，則

它們分別對應放大電路的源電壓放大倍數和電流放大倍數。在二端口網絡教學中引入這樣的題目，一方面可以訓練學生求解具有工程意義的復雜二端口網絡的能力；另一方面，老師可以積極引導學生發現新問題并探究問題的根源。進一步分析求解結果，由于輸出電壓和輸入源電壓的比值以及輸出電流和輸入電流的比值均大于1，則電路的輸出功率大于信號源提供的輸入功率。這與同樣具有升壓或升流功能的變壓器電路有本質的不同，變壓器不具有放大信號源功率的特點。依據功率守恒定律，被放大的信號源功率必然是由電路中別的能量轉換而來，在認識到這一點的基礎上，老師可以給出一個完整的基本放大電路，多數學生都能想到其中的直流源就是小信號放大的能量來源，而這恰恰就是放大電路的本質。由于二端口網絡理論在電路原理教材中一般屬于最后一章必修內容，在此讓學生對完整的基本放大電路有了初步認識和了解，完成了電路原理課程和模擬電子技術基礎課程的良好銜接。

四、總結

學生對具有一定難度的重要知識點的掌握需要有一個反復學習的過程，不同課程可以從不同的角度進行分析講解，使學生層層遞進逐步全面地深入理解其含義。將“模擬電子技術”中的重要知識點有機地融入到“電路原理”教學中，既可以讓學生了解抽象的電路分析方法在后續“模擬電子技術”課程中的典型應用，明確“電路原理”課程的專業基礎地位，又能消除學生對“模擬電子技術”的陌生感和畏懼感。實踐證明，這種前后知識有機銜接的教學模式大大提高了學生的學習熱情，很多學生改變了固有的思維和學習模式，由原先的被動式學習轉變為對知識的積極主動探究，學習效果有了明顯的提升。

參考文獻：

[1]秦平等.基于課程聯系探討電路分析基礎教學[J].電氣電子教學學報，2007，29（6）：88-90.

[2]楊文飛等.電路定理在模擬電子線路教學中的應用[J].電氣電子教學學報，2006，28（5）：36-38.

[3]劉晟等.基于二端口網絡的放大電路全頻段響應[J].電氣電子教學學報，2008，30（2）：23-26.endprint