静态工作点稳定的教学设计与实践

张国礼， 张延曹

(空军工程大学 防空反导学院， 陕西 西安 710051)



静态工作点稳定的教学设计与实践

张国礼， 张延曹

(空军工程大学 防空反导学院， 陕西 西安 710051)

摘要：静态工作点的稳定是“电子技术基础”课程教学的重点和难点，不易理解与掌握。本文采用了问题链教学方法。通过将授课重点放在理清知识脉络上，层层解开学生学习过程中的疑虑，进而达到使其掌握该知识点的目的。同时，在教授知识过程中逐步培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。实践表明，该方法使教学效果明显改善。

关键词：教学设计；问题链；Q点稳定

0引言

“电子技术基础”课程是电类专业的核心课程，它研究的主要内容是放大电路，而静态工作点(Q点)的稳定是关系到放大电路能否不失真放大的关键因素，因此是教学的重点；又因为许多学生在学习这部分内容时感到吃力，所以也是教学的难点。教学实践表明，把教材内容适当编排，采用问题链式教学方法，也就是利用三个递进式的问题并结合实物演示，引导学生从浅到深、从易到难、从知道为什么学到学会怎么学，逐步理解并吃透教学内容，这个方法有利于学生理论知识的学习和动手能力的提高，能为后续“脉冲与数字电路”、“通信电子线路”等课程的学习乃至日后任职需要打下坚实的基础[1-3]。

1影响Q点稳定的因素

在学习静态工作点的稳定教学内容之前，学生已经学习了共射基本放大电路，以及小信号放大电路的静、动态分析等知识。因此，若这次课把教学重点放在对分压偏置放大电路的静、动态分析上，就显得重复且枯燥，所以，把授课定位在帮助学生理清知识脉络上，这样就有利于其对知识的理解和掌握，并能培养其发现问题、分析问题和解决问题的能力。

要想搞清楚静态工作点的稳定问题，首先需要知道Q点为什么不稳定，也就是问题链的第一个问题，找到影响Q点稳定的主要因素，以及它是怎样使得Q点不稳定的。

1.1发现问题

在学生已经建立起静态工作点的选取要合适这个基本概念之后，再通过复习回顾放大器产生两种非线性失真的主要原因，引导其发现放大器Q点的设置仅合适还不行，还需要稳定这样一个问题，否则既便起先Q点合适，也有可能因种种变化而变为不合适，从而引出所要学习的内容。

1.2分析问题

让学生利用所学知识，分析得出电源电压的波动、元件参数的分散性及元件的老化、环境温度变化等因素都会影响Q点的稳定。其中尤以环境温度变化对Q点稳定的影响最大。

三极管参数与温度之间的关系如下：

ICBO=ICBO(T0=25°C)·ek(T-T0)

(1)

UBE=UBB(T0=25°C)-(T-T0)×2.2×103

(2)

根据三极管直流电流放大系数的定义：

IC≈βIB+(1+β)ICBO

(3)

可见，温度升高使得三极管集电极电流增加，进而使得Q点上移；相反Q点下移。

1.3解决问题

要解决温度对Q点稳定的影响这个问题，对于通常的放大器采用恒温装置不现实。故需另辟蹊径。由上述结论可知，要稳定Q点，可以通过中间变量IC来实现，也就是说当温度变化时，只要稳定IC就可以稳定Q点。因此，稳定Q点的问题转移到稳定IC的问题上。

前面学过的共射基本放大电路，经分析，不能稳定Q点，因此需要寻找其它电路形式。至此，教师可直接给出分压偏置放大电路的电路图；然后，引导学生对它的直流通路进行详细分析；最后，找到分压偏置放大电路稳定静态工作点的原因，也就是问题链的第二个问题。

2分压偏置放大电路

2.1定性分析

采用与共射基本放大电路相同的研究问题的方法，对其直流通路进行分析，如图1所示是分压偏置放大电路的直流通路。

假设：I2≫IB

(4)

图1　直流通路

由公式可以看出，VB与温度无关，且当电路确定后，其为定值，所以：

由此可得，温度变化时，分压偏置的作用使IC基本不变，Q点基本稳定。

2.2定量分析

作为定量分析，需要得到IC的计算公式，再通过公式判断IC与温度无关。

假设：VB≫UBE

则：IC≈VB/RE

(5)

从式(5)可以看出，只要满足假设条件，那么IC的取值只与VB、RE有关。事实上，由于RE的负反馈作用，假设条件通常都是满足的，因此，IC的取值与温度无关。由此可得，温度变化时，IC基本不变，从而使得Q点基本稳定。

2.3实物演示

用共射基本放大电路和分压偏置放大电路对同一个输入信号进行放大，然后用示波器的两个通道分别观察放大后的波形，再改变环境温度进行对比演示。

传统高校的思想政治教育工作，在互联网信息的冲击下逐渐暴露出一些问题。针对这一问题，学校可运用大数据思维通过对网络信息的处理，开展更为有效的思想政治教育。首先，针对课堂内容不丰富的问题，学校可通过分析将互联网中的热点话题提炼出来，再组织学生对其进行讨论，在讨论的过程中，教师应当把握住教学中的核心价值，对学生做出积极地引导，这样的过程可有效丰富教学内容，并将教学理论与学生的实际生活联系起来；其次，针对教学手段单一的问题，教师可转换教学主体，根据学生的心理需要，举办意识形态研讨会，通过这样的过程让学生更加关注主流意识形态的核心价值，同时通过学生的主动参与，使得教学过程更加具有吸引力。

给两个放大电路设置合适的Q点，并调节输入信号，使得放大后的信号基本不失真，也就是说Q点上移或下移都会使得放大后的信号出现饱和或截至失真。

演示过程中，同时升高两个电路的环境温度，发现分压偏置放大电路放大后的信号基本没有变化(如图2下半部分图形所示)；共射基本放大电路放大后的信号出现饱和失真(如图2上半部分图形所示)。验证了前面的理论分析。

3动态指标

小信号放大电路的核心作用是放大，若分压偏

图2　实物演示波形图

置放大电路只能够稳定Q点，而不能实现放大功能，则没有任何实际意义。教学中，首先分析射极电阻无旁路电容时分压偏置放大电路的动态指标，并与共射基本放大电路的动态指标进行对比；然后分析有旁路电容时的动态指标；最后引伸到射极电阻可变的情况，并与实际电路结合起来，从而解决问题链的第三个问题。

3.1无旁路电容

射极电阻无旁路电容时，利用已学知识，比较容易得到分压偏置放大电路的微变等效交流通路，如图3所示。

图3　无旁路电容时微变等效电路

因主要关心电路的放大能力，所以只对电压放大倍数Au进行分析。

由图可得：

(6)

与共射基本放大电路的电压放大倍数相比， 该

电路的电压放大倍数要小得多。

3.2有旁路电容

如图4所示，是分压偏置放大电路的射极电阻有旁路电容时的微变等效交流通路，由图可得：

(7)

与共射基本放大电路的电压放大倍数相同，且远大于1，电路具有放大功能。

图4　有旁路电容时微变等效电路

最后，还可以将教学内容进行引伸，让学生课后自己去分析旁路电容只旁路部分射极电阻时，电压放大倍数又是什么情况。

4结语

本次课堂教学若仅按照教材的内容实施，有可能达到教学要求，但学生需要付出较多的课余时间，效率低，课堂教学效果不明显。而按照本文的教学设计，抓住教学内容的脉络，也就是问题链中的三个问题，从发现、分析、解决问题，到再发现、分析、解决问题这样的教学思路，便于学生理解和掌握，课堂教学效果明显。

参考文献：

[1]康华光.电子技术基础(第五版)[M].北京:高等教育 出版社,2007:133-140

[2]秦曾煌.电工学(第七版)[M].北京:高等教育出版社,2009:51-55

[3]赵玉玲.“问题链”教学法的探索与实践[J]. 济南:现代教育,2012,(Z1):88-89

The Teaching Design and Practice of Quiescent Point Stability

ZHANG Guo-li, ZHANG Yan-cao

(SchoolofAirDefenseandAntimissrle,AirForceEngineeringUniversity,Xi'an710051,China)

Abstract:In the teaching of Electronic Technology Fundamental course, the quiescent point stability is an important problem, which is hard to understand for students. This paper adopts the method of problem chain. By focusing on the skeleton of knowledge, we break up their doubts step by step, so as to make the knowledge easier to master. Besides, we improve their abilities of discovering, analyzing and solving the problem during teaching process. The practices indicate that the effect of classroom teaching is improved obviously.

Keywords:teaching design; problem chain; quiescent point stability

文献标识码：A

文章编号：1008-0686(2016)01-0102-03

中图分类号:TN710

收稿日期:2015-05-13;修回日期:2015-10- 13

第一作者：张国礼(1979-)，男，硕士，讲师，主要从事电子技术基础理论教学、集成电路故障诊断研究工作，E-mail：80867907@qq.com