以应用为导向的电子技术综合性实训教学设计*

◆易艺

0 引言

综合性实训是指学生在学习一门或多门课程的理论知识、实验方法和实验技能后，充分利用这些知识、方法和技能对给定的综合性实训任务要求进行综合性训练的一种复合性实践课程[1-4]。近年来，国内开设电子类专业的高等院校都很重视综合性实训的教学，意在通过综合性实训课题的训练，培养学生的综合设计能力和专业技能，提高学生对课程理论知识的综合应用能力和工程实践能力，进而提高学校的教学质量[5]。

电子信息类专业是桂林电子科技大学重点建设专业，着重培养应用型创新人才。信息电子技术作为电子技术的一个分支，是电子信息类专业重要的专业基础课程，该课程的实践环节既是保障学生掌握理论知识的关键，又是培养学生应用能力和工程实践能力的重要途径。为了加深学生对电子技术课程理论知识的理解，使学生所学的理论知识和实践技能得到运用和训练，培养学生的综合应用能力和工程实践能力，实训课程组教师需要根据实训教学大纲的要求，寻找和选择可以激发学生学习兴趣、培养学生应用能力的综合性实训课题。

1 实训课题选择

桂林电子科技大学的电子技术综合性实训开课时间为大二第一学期期末，此时学生已经完成电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术和电子线路CAD等相关课程的学习，具备完成电子技术综合性实训的理论知识。实训课题的选择要考虑学生的学习兴趣，考虑学生对已学课程知识的应用与相互联系，考虑拓展后续相关课程的知识，然后分层次、分模块进行选择和设计，以满足不同能力水平学生学习的需要，注重因材施教[6]。因此，实训课程组教师根据上述要求，在满足实训教学大纲的前提下，选择“具有音源选择功能的音频功率放大器”“线性电源的设计”和“波形发生器的设计”等课题。

由于不同实训课题的任务要求、课题内容和性能指标要求不尽相同，实训课程组教师可以参考全国大学生电子设计竞赛的出题方式，将实训课题的要求分为基本部分和发挥部分，满足不同能力水平学生学习的需要。以“具有音源选择功能的音频功率放大器”为例，说明实训课题的任务要求和内容选择。

1.1 实训课题任务要求

要求设计并制作一个具有音源选择功能的音频功率放大器及所用的直流电源，要求达到的性能指标如下：

1）最大不失真输出功率大于10 W；

2）功率放大电路的带宽BW下限频率fL≤20 Hz，上限频率 fH≥ 20 kHz；

3）音量音调调节电路具有低音、高音、平衡和音量调节功能；

4）具有音源输入选择功能；

5）具有扬声器保护功能；

6）通过蓝牙方式输入音频信号；

7）具有音量电平指示功能。

实训课题要求的5）～7）主要面向参加电子设计竞赛的学生、大学生创新基地的学生和学有余力的学生。

1.2 实训课题内容选择

实训课程组教师根据实训课题任务要求，结合学生已学过的电路分析基础、模拟电子技术和数字电子技术等相关课程的知识，在兼顾学生接受能力的前提下，选定“具有音源选择功能的音频功率放大器”实训课题的主要内容为音源输入选择电路、音量音调调节电路、功率放大电路、电源电路、扬声器保护电路、音量指示电路和蓝牙音频电路。学生在完成这些电路模块的设计与制作后，将它们进行级联调试，完成整个实训课题。该教学模式让学生掌握了知识点在模块电路中的应用，同时体验到每个模块电路在整个实训课题中的作用，进而让学生掌握分层次、分模块设计系统电路的方法，有助于培养学生综合应用知识解决实际问题的能力。学生在日常生活中听音乐时接触或使用过音频功率放大器，该实训课题更能激发他们的学习兴趣、设计与制作热情。

2 实训教学实施

实训教学的实施流程如图1所示。电子技术综合性实训是电子信息类专业学生接触的第一个综合性实训，实践性强，对很多学生来说有一定的难度。因此，在实训教学开始前，指导教师要召集学生进行实训动员，介绍实训课题，引导学生进行实训。为了培养学生的团队意识和团结协作能力，实训开始前要求学生组队（2人一组），为每组学生配备实训指导教师。学生以小组为单位，在实训指导教师的指导下，通过查阅资料，运用已学的模拟电子技术和数字电子技术课程的知识完成实训课题方案和电路的设计；然后运用电子线路CAD课程的知识完成电路原理图的绘制、仿真和PCB图的设计；随后，学生将设计好的PCB图拿到激光雕刻中心进行制板；最后进行电路板的装配、焊接、调试和参数测试等工作，直至完成实训课题的任务。在实训进行过程中，指导教师要善于引导学生去分析问题、讨论问题，寻找解决问题的方法，以培养学生分析问题和解决问题的能力。实训课题完成后，学生通过撰写实训报告的形式对实训课题的设计与制作过程进行总结，并对实训课题的参数进行分析与处理，以培养撰写科技报告的能力。各实训小组通过实物作品演示与汇报的方式参加指导教师组织的实训验收[7]。

图1 实训教学实施流程图

以某学生小组完成情况为例，说明“具有音源选择功能的音频功率放大器”实训课题的设计、制作与参数测试。

2.1 实训课题方案设计

实训课题方案设计主要是引导学生根据实训课题的任务要求和内容，应用所学的课程知识进行系统方案的设计，并画出系统方案框图。实训课题的主要内容为音源输入选择电路、音量音调调节电路和功率放大电路等电路模块。将这些电路模块进行级联，得到音频功率放大器的电路组成框图，如图2所示。

图2 音频功率放大器电路框图

多路音频信号分别送给音源输入选择电路，用户通过按键选择一路立体声音频信号送给音量音调调节电路进行前级放大、音量调节和音调调节，然后送给功率放大电路实施功率放大，以驱动扬声器发出悦耳的声音。扬声器保护电路主要用来保护扬声器，当功放电路因故障输出直流电压时，扬声器保护电路的继电器会自动断开，使功率放大电路与扬声器之间的连接断开，从而保护扬声器。音量指示电路用来指示音量的大小。

2.2 实训课题硬件电路设计

在进行硬件电路设计时，实训指导教师引导学生采用分层次、分模块的方法进行电路设计。下面仅对实训课题的部分硬件电路模块进行介绍。

2.2.1 音源输入选择电路 音源输入选择电路由继电器、计数器芯片CD4017和复合晶体管阵列芯片ULN2003组成，它的作用是在多路音频信号中选择一路送给音量音调调节电路，电路原理框图如图3所示。学生可以通过设计与制作音源输入选择电路复习和巩固数字电子技术的相关知识，增强对理论知识的综合运用能力。

图3 音源输入选择电路框图

2.2.2 音量音调调节电路 音量音调调节电路由前级放大电路、音调调节电路、平衡电路和音量调节电路组成，作用有两个：

1）对输入的音频信号进行放大处理，以满足后级功率放大电路驱动要求；

2）对输入的音频信号进行高音、低音调节，左右声道平衡调节和音量调节，以满足人们收听音乐的要求。

音量音调调节电路原理框图如图4所示。学生可以通过设计与制作音量音调调节电路复习和巩固运算放大器、滤波器等知识，并了解这些知识在电子产品中的应用。

图4 音量音调调节电路框图

2.2.3 功率放大电路 功率放大电路以运放和三极管为核心器件，采用推挽达林顿射极跟随器电路结构来实现[8]。它的作用是对经过音量音调调节电路处理的音频信号进行功率放大，以便有足够的能量驱动扬声器发出悦耳的声音。功率放大电路单个声道的电路原理图如图5所示。学生可以通过设计与制作功率放大电路复习和巩固三极管电路、功率放大电路的知识，了解这些知识在电子产品中的应用。

图5 单个声道功率放大电路原理图

2.3 实训课题功能与参数测试

教师指导学生在实验室使用函数信号发生器、数字示波器和双输入交流毫伏表等仪器设备对实训课题的功能和参数进行测试，并对测量数据进行处理，分析产生误差的原因，引导学生对存在的问题进行改进，以完善实训课题。学生可以通过对音频功率放大器参数的测试复习和巩固示波器、函数信号发生器等仪器设备的使用，掌握参数的测试、分析和处理方法。

3 实训考核方式

实训成绩的评定主要由过程考核、实训报告和实训验收组成，分别占实训成绩的20%、30%和50%。其中，过程考核包括实训课题的方案、实训电路原理图和PCB图的设计；实训报告由每位学生自己独立完成；实训验收包括实物作品的演示、参数测试和实训课题完成情况的汇报。

4 结束语

选择人们日常生活中使用的音频功率放大器作为电子技术课程综合性实训课题，将模拟电子技术、数字电子技术、电子线路CAD等课程的知识结合起来。在实训中，学生根据实训课题的任务要求查找资料、设计电路、绘制电路原理图与PCB图，然后进行电路板的制作、焊接、调试和测试等一系列工作，直至完成整个实训。实践证明：该实训教学模式可以激发学生学习兴趣，有助于培养学生的应用能力和工程实践能力，为学习后续相关课程打好基础。