电子技术实验平台的设计与改进

谢锐　陈崇辉

摘 要：电子技术课程理论复杂、知识抽象，学生普遍理解困难，实验课程的教学质量直接影响到学生对该课程的理解。因此，简单明了、设计合理而又人性化的实验电路板更有助于教学质量的提高。研究对象为华南理工大学广州学院电工电子实验中心，首先对旧实验电路板在教学过程存在的各种问题作总结和分析，然后，在旧实验电路板基础上改进，设计出新的实验电路板。

关键词：模电；数电；教学

电子技术实验室设备大部分与理论教学配套齐全，但是，老师们普遍反映该套实验设备陈旧落后，影响教学质量，因此，根据教学过程反馈出的问题，设计了一套科学、合理而人性化的实验设备。

1 旧实验电路板

图1和图2是实现常用模拟电子（模电）和数字电子（数电）实验的电路板基本功能平台，其中，图1为单管/负反馈两级放大器实验电路板，实验功能为晶体管共射极单管放大电路和两级阻容耦合放大电路与负反馈[1]；图2为多功能实验面板，包含了集成运算放大器应用电路和加法器、数据选择器、触发器、集成计数、译码显示电路、定时器、电子秒表等。

该套电路板教学过程存在诸多问题，第一，从实验功能角度分析，该实验平台虽然功能强大，包含了模电和数电常见的基础电路，但是该平台实验功能内容密度高，对学生来说，实验初始阶段显得非常不直观和理解困难，直接造成恐惧心理[2]。例如图2，实验面板包含的接线孔数量多而密集，容易造成视觉上的疲劳和复杂感[3-4]；第二，对教学来说，增加了老师在实验课程前的准备工作，例如，单管/负反馈两级放大器对应的原理图3，设置了几处外接电阻，如RL、Rc，实验开始之前需要准备好给学生，但是在实验结束之后容易丢失、各种电阻容易重复混在一起。这个问题不仅在图1的实验里有体现，在其他实验内容里面同样存在，在管理方面增加了不少工作量[5]。第三，从设备维护角度来说，由于电路功能模块较多，学生使用不当造成的元器件损坏概率就增大[6]，维修过程需要拆开整个实验面板，实验面板体积大，重量大，螺丝多，维修起来非常不方便。

2 新实验电路板

2.1 单管/负反馈两级放大器新实验板

根据对旧电路板缺点分析，在功能不减少前提下，重新设计了4块实验电路板。图4为单管/负反馈两级放大器新实验板，该电路板在图1基础上进行了多方面改进，首先，该实验电路板在原来基础上增大了两级放大电路的间隔，大部分元器件焊接在底面，上表面只画有电路图和符号，相对比图1的旧电路板而言，从视觉上更直观、简单、明了；其次，需要外接的独立电阻设置安装在接线邻近位置，例如，图中负载电阻RL，当需要使用的时候，只要两条接线即可，方便调试和接线，使用过程，不易丢失，而且，元器件之间接触性能更好。再次，增加了直流稳压电源实验，该实验电路简单，元器件少，因此布局在同一块实验板上；该块电路板体检小，非常轻便，而且固定螺丝只有四颗，元器件数量少，因此维修非常方便。

2.2 集成运算放大器运算电路实验电路板

图5为集成运算放大器运算电路实验电路板[1]，该实验电路板同样采取图4的布局特点，除了集成芯片，表面不放置任何元器件，只保留了电路图符号与参数值。就实验内容而言，对比旧实验面板，该实验的集成芯片引脚标注是一大人性化特点，在实验过程，根据标注，学生更方便检查接线。另外，实验电路板排布的电阻、电容等元器件都是根据集成芯片的应用电路所需，紧凑而无多余，布局合理又方便[6]。

2.3 加法器、数据选择器与触发器等实验电路板

图6实验内容包含了多种集成芯片应用电路，有或门、与门、非门、数据选择器、全加器和触发器等[1]。这些集成芯片合理有序的分布在特定位置，实验过程方便接线，减少接线交叉。

2.4 定时器和电子秒表实验电路板

图7实验内容包含了三种芯片应用电路，包括与非门74LS00、计数器74LS192和555集成芯片，这三种芯片组合可以实现集成计数、译码、显示电路、电子秒表[1]。

3 教学效果

新的模电、数电实验电路板已经投入实验教学环节半年时间，总结出具有以下优点，第一，由于电路板的元器件布局已经考虑到电路连接最佳位置，减少接线复杂度，因此，学生可以更加集中精力去验证理论内容；第二，四种类型实验电路板设置大小一样，实验室老师日常管理维护更方便；第三，针对课堂实验内容，每一块实验电路板都内容独立[7]，方便老师讲解。根据抽样班级实验情况，同一个实验内容，学生完成时间比原来大约缩短了三十分钟，新实验电路板教学效果显著提高。见表1抽样班级实验完成时间，其中13级和14级学生分别使用旧实验电路板和新实验电路板。

4 结束语

新实验电路板已经成功使用在实验教学，教学质量得到跨步提高。实践表明，模电与数电实验电路板设计科学、合理。

参考文献

[1]华南理工大学广州学院电气工程学院.电工电子技术实验指导[M].广州：华南理工大学出版社，2012：75-145.

[2]孙盾，田社平，范承志，等.结合实验功能电路提升模电学习兴趣[J].实验技术与管理，2015，32（2）：176-181.

[3]赵青梅.改革高职模电课程，加强实践教学力度[J].中国现代教育装备，2008，8：119-121.

[4]赵青梅.模电教学中的形象思维[J].电气电子教学学报，2001，23（6）：104-105.

[5]李萍. 提高数字电路实验质量的三个环节[J].云南民族学院学报（自然科学版），1999，8（3）：69-71.

[6]李曦雯.高校实验室仪器设备维修管理的探索[J].中国现代教育装备，2010，5：15-17.

[7]王培开.浅谈PCB 元器件布局与布线策略[J].广西教育，2008，30：51-53.

作者简介：谢锐（1988-），男，广东省阳春市人，助理实验师，研究方向：电子技术应用。