PDF《Analog Electronic Technology》

Study and Practice of Module Teaching Methods in Analog Electronic Technology WANG Shanjin, SONG Yue, Yang Lei, CHEN Pingping School of Electronic Engineering, Dongguan University of Technology, Dongguan, China Abstract: Analog electronic technology is an important electronic course, some teaching ideas based on basic amplifiers were put forward in this paper according to the special characteristics of Analog Electronic Circuits, basic amplifying circuit, power amplifying circuit, inverse signal feedback amplifying circuit, integrated amplifying and operation circuit were designed to constitute the master content of courses of analog electronic circuits.

It was proved that the method was effective in the teaching practice of excellent course. Teaching methods of interrelated modules were mainly analyzed and investigated in the paper. Keywords:analog electronic circuits;

basic amplifiers;

teaching methods;

module way 《模拟电子技术》模块教学法研究与实践 王善进, 宋跃, 杨雷, 陈平平 东莞理工学院电子工程学院,东莞, 中国,

523808 摘要: 《模拟电子技术》是一门重要的专业基础课,本文分析了课程的教学特点,提出了以基本放 大电路为中心的模块法教学思想,设计基本放大电路模块、功率放大电路模块、负反馈放大电路模块 和集成运放电路模块来构成《模拟电子技术》主要的教学内容.在该课程的精品课程教学实践中证明 该教学方法是行之有效的.文中重点对相关模块进行了教学方法的分析和探讨. 关键词: 模拟电子线路;

基本放大电路;

教学方法;

模块法

1 引言 《模拟电子技术》 是电类专业的一门重要的专业基 础课程,它的应用遍及了当今电子工程、通信工程和 自动化控制等众多学科领域. 对其地位重要性的认识, 相信从学校到教师和学生无疑是一致的,在我院,该 课程就是学院的首批精品课程之一.由于课程涉及到 较多的基本概念, 内容的理论性较强而且抽象;

它又 是一门实践性较强的学科,具有一定的工程特性.这 些特点导致学生对课程的学习感到困难重重,给教学 工作带来了不小的挑战,从事课程教学的教师们对如 何提高课程的教学效果进行了许多有益的探索[1-8] . 本 文结合作者多年从事校级精品课程《模拟电子技术》 的教学实践,提出了以基本放大电路模块为主线的教 学思想.文章对基本放大电路、功率放大电路及负反 馈放大电路等相关模块进行了教学方法的探讨.

2 以基本放大电路为核心的课程构架 以康华光主编的 《电子技术基础》 (模拟部分) (第 四版)为例.课程内容涉及半导体二极管、半导体三极 管及基本放大电路、场效应管放大电路、功率放大电 路、集成运放电路、负反馈放大电路、信号的运算与 处理电路等, 四百多页的篇幅. 面对如此繁杂的内容, 在如今课时缩减的实际情况下,学生们普遍都有课程 难度 大电路模块是构成后续内容的核心,参见图

1 所示. 大和时间紧的感觉. 通过分析课程的内容体系架构,可以发现基本放 Figure 1. Schematic diagram of the course of analog electronic technology 图1.《模拟电子技术》课程构架 在基本放大电路的基础上,调整其直流偏置,使三极 管的流通角由

360 度变为

180 度,电路即由基本的甲 类放大器转为乙类放大器,由此引入功率放大电路模 块;

在基本放大电路的基础上,通过添加不同的反馈 回路,便可引入反馈放大电路模块的内容;

在基本放 大电路的基础上,通过添加另一个完全对称的同样的 基本放大电路,可引入差分式放大电路模块,它是构 成集成运算放大电路的核心.基本放大电路模块、功 率放大电路模块、负反馈放大电路模块和集成运放电 路模块构成了《模拟电子技术》主要的教学内容.由 此可见,基本放大电路模块的教学成败,会直接影响 到《模拟电子技术》课程的教学效果,对此应该引起

3 基本放大电路模块的教学 主题方向, 丧失了信心, 最后 下二个方面的内容:如图

2 所示: ,所以电路的分析需要从直流和 交流 于直流通路,可以围绕以下问题展开: 足够的重视. 课程的开始阶段,将涉及到半导体材料、PN 结、 二极管和三极管等相关内容,自然会介绍其中空穴、 BJT 内部载流子的传输过程以及 FET 沟道的变化过程 等知识.因为内容涉及微观粒子,不太好讲清楚,加上 概念较多,又难以想象,所以讲解时宜适当采用一些计 算机动画技术来辅助理解,但要尽量简单明了,将抽 象的物理过程形象化,做到避繁就简,交待清楚基本 的概念即可.这部分的教学要避免学生陷于 微观世 界 之中, 走不出来, 从而迷失 对课程产生畏难情绪. 在学生对 PN 结、二极管和三极管有了基本的认 识后,就宜切入基本放大电路的学习了.关于基本放 大电路的教学,以如图

2 所示共射极放大电路为例, 宜重点讲清楚以 3.1 直流通路 在介绍放大电路的分析时,要明确地指出,由于电路 中存在直流、交流量 两方面进行. 对Figure plifier 图2. 共射极放大电路 2. Common-emitter am Figure 3. Direct current path 图3.直流通路 1) 什么是直流通路? 2) 如何从图

2 得到图 3? 3) 放大器正常工作时为什么发射结要正向偏置,而 集电结需要反向偏置? 4) 为什么放大电路要设置合适的静态 (Q) 工作点? 截止、放大和饱和三种工作状态,本质上反映了利用 三极管搭建放大电路的什么问题? 5) 在直流通路中,要解决什么问题?得到哪些数 据?它们有什么用? 这些问题可结合发射结和集电结的 PN 结单向导 电性、三极管中载流子跨越这两个 PN 结的情况来进 行简要分析, 但这种借助微观粒子的分析宜点到为止, 不需过多纠缠,以免学生产生畏难情绪,反而影响对 主要问题的关注和理解.然后,在对直流通路分析求 解时,要多站在初学者的角度考虑问题,结合三极管 输入、输出特性曲线,从1bR、2bR和cR等对 Q 点的 影响到

1 Rb I 、

2 Rb I 和IB 的大小分析,直至最后 IB 、 C I 和 的求解,都应详尽给出,使学生完全理解. CE V 3.2 交流通路 在完成了直流通路的分析后,那么如何导入和分 析放大电路的交流通路已是下一步要解决的问题了. 为此,教学工作必须回答如下问题: 1) 交流通路是什么? 2) 如何从电路图

2 得出交流通路图 4?,再到图

5 小信号等效电路? 3) 利用图

5 可以得到放大器的哪些指标? 4) 电压(或电流)增益是什么?输入、输出阻抗如 何定义?怎样求解?它们对电路设计有何重要意义? 5) 三种基本放大电路的交流通路?性能特点对比及 应用场合?图

4、图5如下所示: Figure 4. Alternating current path 图4. 交流通路 Figure

5 Small-signal equivalent circuit 图5.小信号等效电路 在这部分内容的教学过程中,首先一定要花大力气解 决如何从原始电路中剥离出交流通路这个问题,其中 电容对于交流信号的短路效应很好理解,但直流电源 的对地短接就需要花一些力气进行解释,这是一些学 生容易感到迷惑的地方,同时需要明确告知学生的地 方就是, 在交流通路中所指的电流、 电压均是交流量. 当然,对直流、交流量的表示符号也需要作出明确的 规定,要引导学生学会从符号识别交、直流量;

只要 抓住三极管的三个管脚在电路中的位置,然后将三极 管的 H 参数小信号模型替换三极管,从交流通路到小 信号等效电路的转变是应该不会有什么困难的.下面 的问题便是放大电路的三个重要指标的理解和求解 了, 因为是放大电路, 所以电压、 电流的放大系数 (增益) 自然是很好理解的, 问题是为什么还要分析输入、 输出阻抗?其实,输入、输出阻抗在电路设计中占据 着十分重要的地位,因为它涉及到电路单元与前后电 路单元的匹配问题,尤其是在高频电路的设计时,阻 抗匹配更是头等大事之一.凡从事过射频电路设计的 人员都清楚,射频电路设计的核心问题之一就是如何 设法使电路实现前后良好匹配.虽然对初学者我们不 可能谈得如此深入,但作为教师,我们必须站在这样 的高度思考和分析这个问题,告诉学生研究输入阻抗 是为了分析放大电路与前面的信号源(或前面电路单 元的输出)是否搭配良好,同样通过比较输出阻抗与 负载(或后面电路单元的输入)则可以反映电路与负 载是否配合良好.培养学........