低频电子线路课程建设与工程实践能力培养

郭志涛 袁金丽 刘翠响 王宝珠

摘要：低频电子线路课程是理工科大学电类专业一门重要的专业基础课，授课内容广泛、基础，对于后续课程的学习有很大的影响。如何在课程的授课环节和实验环节培养学生的工程意识和动手能力是低频电子线路课程建设需要认真思考的问题。关键词：低频电子线路；工程意识；实践能力中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）38-0134-02

一、引言

低频电子线路课程承接电路原理课程，并为而后续高频电子线路、通信原理、单片机等课程奠定基础，授课学生范围非常广泛，是一门培养电子工程化思维、提高实践动手能力的关键课程。低频课程主要讲述最基本的信号放大、处理以及电源等知识，与之前的电路基础等课程相比，更加贴近实际工程应用，其知识内容本身就具有工程性和实践性特点。结合低频课程授课和相关实验帮助学生走出单纯课本的理论知识，面向实际应用，体会工程概念是学生建立工程应用思维的重要环节，同时在后续课程体系中不断强化工程思维意识，最终才能达到卓越工程师的培养目标，成为具有“工匠精神”工程人才。

二、低频电子线路课程工程性的特点

教科书中抽象的元件、电路一旦变成具体实际的功能电路，需要考虑的因素非常多，从电路可靠性、成本性价比到电路的精确性、防干扰能力等等都需要从实际的角度出发进行设计考虑。低频电子线路课程内容的工程化思维主要体现在以下四个方面。

1.工程误差存在的合理性。实际工程在满足基本性能指标的前提下，总是允许存在一定的误差范围，这种误差具有合理性。这是由于电路的性能参数存在有一定的工作范围，同时所采用元器件的参数也具有允许的误差范围，从而使得实际电路的元件选取做不到像理论电路一样精确。比如设计发光二极管的驱动电路，发光二极管驱动电流在5～15mA，导通电压为1V，电源电压为3.3V，如何确定限流电阻的阻值。计算可得：

R==230Ω～460Ω

可以算出电阻的取值范围是460欧姆～230欧姆，根据电阻国标中的E24系列，可以选用的电阻有230欧姆、240欧姆、300欧姆等几种，具体的选取可以进一步根据二极管发光强度和系统功耗两个方面进行考虑。

2.工程近似分析的合理性。实际工程中电路结构复杂，按照精确计算进行分析，往往会费事费力，事倍功半达不到快速解决问题的要求，所以在合理的范围内进行工程近似，抓住问题的主要矛盾和矛盾的主要方面，快速分析问题。例如在三极管分压偏置电路中，往往会采用工程近似进行快速分析，图1所示为三极管放大电路的直流通路，采用分压偏置电路设定静态工作点，试求取I和V。

若采用精确分析法，需要把电路进行戴维南电路等效，然后再输入回路求I，根据三极管的电流传输方程，获得I，进行求解。而当符合（1+β）R>>R的条件时，可采用工程近似分析，，从而快速得到结论。

3.实际工程需要证明其可行性。在实际工程分析中首先强调定性分析，确定电路的可行性。定性分析与定量分析应该是统一的、相互补充的；定性分析是定量分析的基本前提，没有定性的定量是一种盲目的、毫无价值的定量；定量分析使之定性更加科学、准确，它可以促使定性分析得出广泛而深入的结论。

4.电路分析的模型性。电子线路归根到底属于电路范畴，不同条件下建立不同的模型进行进行分析。利用模型进行分析是解决工程问题的重要思想，在低频电子线路课程中各种器件包括二极管，三极管，场效应管、运算放大器都有其对应的电路模型，而且在面对不同场合下，同一器件等效为不同的模型。比如在含有三极管的电路分析中，分析其直流的静态工作点时，三极管的发射结等效为一个0.7V的电压源，0.7V是工程规定发射结的正向导通电压，而当进行小信号的交流分析时，三极管的发射结等效为交流电阻 rbe，其值与当前的静态工作点有关。

三、低频电子线路课程实践性的特点

1.对于低频电子线路的测量需要熟练掌握常用的电子仪器的使用方法。通用电子仪器设备包括模拟示波器、数字示波器、信号发生器、数字万用表等等，熟练掌握这些仪器设备的使用方法是培养学生动手能力的基本要求。能力培养有赖于在课程实验环节当中反复练习，长时间的大量操作能够帮助学生“熟能生巧”。课程实验操作中包括两部分：电路系统的连接以及参数的测量，电路连接考察学生的读图能力，参数测量着重考察学生仪器仪表的使用。在实验教学前导介绍中，充分利用多媒体设备，将实验内容中的电路的连接操作和仪器仪表使用方法制成图片和视频，采用PPT放映以辅助老师的讲解。图2所示，是对于示波器和信号发生器的操作介绍。

2.实践中电路不同性能指标需要掌握不同的测试方法。电路的测量需要根据参数内容选取适合的测量方法，三极管放大电路中的直流静态工作点需要采用数字万用表进行测量，其中电流ICQ可以通过切换万用表的电流档位串联接入电路进行直接测量，更多情况下测量电阻RC承载的电压进行间接测量，而输出交流电压幅值以及电压增益等交流参数则需要采用示波器观察波形读取幅度进行计算测量；对于输入电阻、输出电阻这些实际并不存在的等效电阻不能直接测量，需采用特定的测量方法，利用通过测量信号源在电路输入端的分压比计算获得。

3.实践中需要掌握电路故障的判断和解决方法。在实践环节中可以采用多种方法实现故障定位：

（1）静态观察法。不通电的情况下对电路结构，元件参数进行观察分析查找故障。（2）通电测量法。通电后测试关键点的电压、电流、对信号进行跟踪测量查找原因。（3）对比替代法。通过对比法检测正常电路的性能参数，利用正常的元件逐一对可能发生故障的电子元件进行替换从而发现故障点。故障的查找主要依靠扎实的电路模型、原理知识掌握和实际测试的分析能力，实现理论和实际相结合才能够能够准确定位故障并进行解决。

故障的解决方法从提高静态工作点入手，增加R，减小I，减小R，减小β等方法都可以提高V，保证负半周的放大范围。反之，当测试输出波形的正半轴出现平顶失真，可知是由于V过高，太接近电源所导致，可以通过增加R，增加R的方法调整静态工作点位置实现波形的正常放大。

4.培养学生掌握常用电子辅助设计软件（EDA）的使用方法。随着计算机仿真技术的发展，电子辅助软件已成为电路设计、功能验证、模型推导等方面的重要工具，学生在很多情况下可以利用虚拟实验技术进行真实电路的仿真测量。EDA软件具有电路搭建便捷、参数测量准确、记录数据可靠、故障查找简单等优点。采用虚拟实验的方法可以使学生对实验内容、实验环节和实验数据进行基本掌握，帮助学生对真实实验的理解和掌握。此外，考虑到真实实验的硬件和场地限制，很多实验虽然不能在实际测试，却可以通过虚拟实验来完成。这样，学生可以通过虚拟实验来学习、熟悉仪器设备操作和实验步骤，掌握实验的原理和测试方法，而且采用虚拟实验学生不再受场地、仪器等条件的限制，通过计算机仿真软件即可实现实验，观察到与真实实验近似一致的实现现象和数据结果。

四、结论

低频电子线路课程具有基础性、工程性、实践性的特点，学生在理解电路原理的基础上通过实践，培养动手能力，继而了解该学科的工程性特点，为日后从事专业技术工作打下良好基础。在课程的建设中应该以培养社会需要的工程技术人才为目标，建立课程与实际工程紧密的连接关系，帮助学生树立理论指导实践，并在实践中体会理论应用的工程思想和实践能力，培养出社会需要的现代化工匠人才。

参考文献：

[1]邹志勇，周曼.电子电路设计与仿真课程教改探索[J].亚太教育，2016，（127）.

[2]朱冬平.电子电路设计的原则、方法和步骤研究[J].电子制作，2015，（17）：67.