“模拟电子技术实验”课程教学的三种辅助工具

杜世勤

（上海电机学院，上海201306）

当今时代，在人们生活和企业生产过程中，广泛使用电子设备，完成了从电气自动化到电子控制自动化的转型。现在除了老年人，中青年和少年都习惯使用手机和电脑平台进行网购，虽然手机和电脑主要是数字电子产品，但是里面的电源和射频电路仍是模拟电路。工厂里PLC和工控机组网控制极大地提高了产品的生产效率和质量，但是要完成闭环控制系统，各路检测信号，不论是电压信号，还是电流信号，还是需要运算放大器放大之后，经过AD（模数）转换传递到计算机数据处理系统之中。

在数字计算机被发明使用之前，模拟电子技术在20世纪前半叶是非常辉煌的，在自动控制系统中使用各种类型的运算放大器，帮助火炮发射、飞机驾驶等体现出优异的性能。现今还有一些工程师痴迷于模拟电子线路控制器，虽然控制器参数调整方面不如数控产品方便，但仍有控制起来直接快速的优点。在数字电路快速发展的今天，模拟电子产品在信号产生、测量和放大等方面继续发挥着不可替代的作用。

“模拟电子技术实验”是大学电类专业学生的专业必修基础课程，起着理论学习和实际相结合的桥梁作用。当正式进行实验时，每个学校模电实验室中的实验工作台不可能使所有学生人手一台，基本都是每个学生一周仅有一次实验课，甚至更少，学生轮换进入实验室进行实验操作，而大部分的实验并不是一两个课时就能完成的，这样就会出现学生好不容易在一次课时完成的电路连接，还没有进行数据检测的情况下，不得不重新收起来，以供下节上课的学生使用实验室，影响了学生的学习热情[1]。

如何帮助学生完成模拟电子技术实验，提升教学成果，就是摆在模电实验老师面前的一个重要课题。近年来随着电子技术教学面向应用化、集成化、智能化等方面不断进行改革，实验教学的改革也应紧随其后，不断探索如何提高学生综合应用能力和实践创新能力，以适应学生在后续课程的学习和将来岗位适应能力的发展[2]。基于上述思路，本文接下来介绍模拟电子技术实验的软件仿真、网络实验平台和手提实验箱三种辅助工具。

1 “模拟电子技术实验”课程教学的三种辅助工具

本文以经典单管共射放大电路为例，介绍三种学生可自由行动实验的辅助工具，即模拟电子技术实验的软件仿真、网络平台实验和手提实验箱。

1.1 软件仿真

常用的仿真软件有Multisim、Proteus和Pspice等，这类软件大多可以在Windows环境里运行，界面友好，学生上手较快。学生选用电子元器件、连接各部分电路、使用测试仪器这些环节，一般都在窗口屏幕上完成。变换元器件参数对电子线路性能的影响，可以及时查看结果。这类仿真软件有教育版，学生可以不用花费金钱得到使用权。

有关引入上述仿真软件，如何具体仿真操作，提高模电教学效果的文章是比较多的。本文直接引用文献[3]的结论，单管共射放大电路的Multisim仿真模型如图1所示，先做Multisim仿真使学生熟悉电路原理，再结合实验操作，提高学生分析电路的能力，加深学生对理论的理解，锻炼学生操作的能力，达到了实验教学改革的预期效果[3]。

图1 单管共射放大电路的Multisim仿真

使用软件仿真，得到的实验结果比较理想化，学生之间相互抄袭仿真模型也比较容易，而下面介绍的网络实验平台上做实验和手提箱上接具体线路，即使要抄袭，工作量就大了，实际上学生至少从头到尾自己做了一次实验。

1.2 网络实验平台

为保障高校的实验教学，减少疫情对学生学习的影响，东南大学电工电子实验中心整合现有资源，开通了“东南在线实验”平台，学生可在家庭、宿舍、教室、图书馆等任何有网络的场地进行实验，为学生提供了自主设计、自我管理实践渠道，每个实验都有可远程操控的仪器仪表及硬件电路，而非软件仿真。使用者通过浏览器访问在线实验平台，用真实电子元器件、连接导线构建电路，设置仪器工作状态，测量参数观察波形，分析处理实验数据，撰写提交实验报告，完成设计性、综合性、探究性实验[4]。单管共射放大电路的网络实验平台电路如图2所示。

图2 单管共射放大电路网络平台实验

任课老师为每一位学生向实验平台申请账号，网络实验平台给予开通实验权限后，学生就可以在自己宿舍里、图书馆阅览室甚至自己家里做模电实验。网络实验平台的操作与上述Multisim软件仿真过程大体相同，但是后台有实验自动化设备支撑。网络实验平台完成的实验记载有学生的姓名、学号和完成时间，便于老师批阅管理。即使是使用别人的电脑，但是学生用自己的账号，实验工作不能抄袭，要从头到尾自己做一次了。

在网络实验平台上做单管共射放大电路，虚实结合，只要时间错开，一个机台可以给全国各地的学生做实验，是有实力的公司要去努力的方向。伴随着5G时代的到来，工业互联网给我们展示了一个辉煌的未来，人们在工控电脑甚至触摸屏前面，就可以操纵全国各地的生产机械。人们因而可以抽出更多的时间休闲，更多的时间研发人工智能。

1.3 手提实验箱

配备有正负电源和实验用元器件的手提实验箱，箱子里面有面包板，学生可以独立自主地在上面搭建电子线路。

单管共射放大电路的手提实验箱电路，如图3所示。板子中共有3块独立面包板组成，上、下两块是横排孔相通的结构，便于电源和接地的连接，这样做既节省导线，又能增加可靠性。中间一块面包板是列排孔相通的结构，中间一块有凹槽，是安插双列直插式集成电路芯片的地方。

图3 单管共射放大电路的手提实验箱电路

每个学生都有自己的实验箱，每次实验老师检查学生接线情况，这样就促使每个学生自己动手做实验。学生在手提实验箱上具体接线时，要用剪刀减去元器件上过长的引脚，考虑元器件的合理布局，以尽可能地利用面包板本身的内部连接线，完成线路的连接工作。实验结果要写到实验报告中，学生还要考虑信号的引入和检测位置，静态工作点要方便测试。完成实验连线工作，在实验课的时间里，学生手提实验箱到实验室就可以进行线路检测和调试了，碰到问题也有了思考和解决时间。

2 结论

通过上述单管共射放大电路的软件仿真、网络平台实验和手提实验箱电路搭建的分析，得出它们的共同优点是学生可以利用课余时间，解决了实验时间紧张，学生在实验课堂里不能有点放矢地测试实验结果的问题。实践也证明，上述“模拟电子技术实验”课程教学的三种辅助工具，对于提升学生学习“模拟电子技术实验”课程的兴趣有较好的作用。伴随着5G时代的到来，模拟电路网络实验平台这个辅助工具还可以开拓学生工业互联网思维，使学生提前掌握一项未来的应用技术。