“静态工作点的稳定”在教学中的课堂演示

张国礼 张安堂空军工程大学 陕西西安 710051



“静态工作点的稳定”在教学中的课堂演示

张国礼 张安堂
空军工程大学 陕西西安 710051

摘 要：在电子技术基础课程中，“静态工作点的稳定”是教学的重点和难点，课堂上仅靠理论讲解和软件仿真还未达到非常理想的教学效果。针对此情况，分别从静态和动态两个角度，实物演示静态工作点受环境温度影响的情况。利用改装的指针式万用表指针的摆动角度，演示共射基本放大和分压式偏置放大两种电路静态工作点的变化情况；利用基于VC的示波器信息采集软件，演示由上述两种电路放大后波形的变动情况。实践表明，该方法形象、直观，较大提高了学生学习兴趣，有效提升了课堂教学效果。

关键词：静态工作点；课堂演示；USB串口通信；教学效果

电子技术基础课程是电类专业的专业基础必修课，其“静态工作点（Q点）的稳定”教学内容是课程教学的重点和难点［1-2］，比较抽象，不宜于学生理解掌握，仅靠理论讲解和软件仿真还未达到非常理想的教学效果。因此，非常有必要在课堂上配合开展实物演示教学。而传统的实物演示，由于万用表、示波器等设备显示屏幕较小，起不到很好的视觉效果；“采集板卡+Labview”的虚拟演示教学［3-4］，由于对仪器仪表的控制均通过人机交互来实现，演示效果也未能达到真正实物演示的教学效果。针对这种情况，文中通过改装的指针式万用表以及基于VC的示波器信息采集软件，重在解决视觉方面的不足，克服了显示屏幕小、虚拟控制等问题，演示形象、直观，易于学生参与操作，提高了课堂教学效果，培养了学生动手能力，也为其第一任职需要和职业技能提升打下了坚实的基础。

1　实物演示方案

课堂演示作为一种教学手段，其目的是促进教学效果的提升。为尽可能提高演示的效果，其内容和切入理论授课的时机必须紧贴教学内容，真正融入课堂理论教学，使教学过程并不显突兀。因此，演示方案需要在课堂设计中安排好。

1.1课堂设计

通过复习前面所学的小信号放大电路的静态工作点以及静态工作点的选取要合适等内容，引导学生发现静态工作点的选取不仅要合适，而且要稳定这么一个问题，引入本次课的教学内容。然后，分析引起静态工作点不稳定的因素，找到环境温度的变化是主要的、不能忽略的因素，并进行重点分析，在分析过程中寻求解决问题的措施与办法。从定性和定量两个角度，对比分析共射基本放大电路和分压式偏置放大电路，得出在温度变化时，共射基本放大电路不能稳定静态工作点，而分压式偏置放大电路的静态工作点基本稳定的结论。理论教学内容的安排仅围绕引导学生发现、分析、解决问题展开。

1.2演示设计

从课堂设计可以看出，本次课的理论教学内容前后联系紧密，环环相扣，不宜在中间穿插演示教学的内容。但宜于在理论教学结束后，由学生配合，对两种电路的静态工作点稳定情况进行实物演示验证。这样一来，既验证了相关结论，又提高了学生的学习兴趣、培养了其动手操作的能力，并为后续动态指标的学习埋下了伏笔。

2　静态演示

利用改装后的指针式万用表，分别观察共射基本放大和分压式偏置放大两种电路的静态工作点。在这种模式下，主要是观察不同温度下这两种小信号放大电路的核心元件（三极管）集电极和发射极之间的电压UCE，通过万用表指针的摆动情况，来说明这两种电路的静态工作点在环境温度变化时的稳定情况。

2.1示教板

如图1所示，其右边电路的上半部分是共射基本放大电路，下半部分是分压式偏置放大电路。

图1　示教板

2.2测量与显示

改装后的万用表如图2所示，用其电压模块分别测量常温下两种小信号放大电路的静态工作点UCE，并记住指针摆动后的位置。

2.3改变环境温度

用热吹风同时、均匀地改变两种小信号放大电路的环境温度，再用万用表观察其静态工作点UCE。与之前指针摆动的位置进行对比，发现不同温度时，分压式偏置放大电路的静态工作点基本没有变化，而共射基本放大电路的静态工作点发生了较大变化，且UCE变小，说明其静态工作点上移了。

图2　改装的万用表

3　动态演示

利用示波器的两个通道分别观察共射基本放大和分压式偏置放大两种电路放大后的波形，通过波形的变化情况，说明这两种电路的静态工作点在环境温度变化时的稳定情况。

3.1示教板

演示用示教板如图1所示，中间是一个小信号发生器，将其产生的微弱正弦信号，同时加到这两种放大电路的输入端。调整两种放大电路的参数，使其放大后的信号幅值基本一致。

3.2跟踪与显示

为便于观察，利用VC++软件平台［5-6］，通过示波器的USB串口［7-8］，把示波器屏幕的信息时时采集到电脑并投影到幕布上显示出来。

3.2.1软件原理框图

为实现示波器数据的实时采集并显示，在利用VC++软件实现时，其程序设计流程如图3所示。

图3　原理框图

3.2.2软件关键程序

判断示波器USB串口是否接通的代码如下：

｛ char buf［256］=｛0｝；CString s，strTemp；char* stringTemp；

strTemp=”*IDN？”；

strTemp=strTemp+” ”；

stringTemp=（char*）（LPCTSTR）strTemp；viPrintf（viOscillo，stringTemp）；

viScanf（viOscillo，”%t ”，&buf）；

｝

在程序中，PC机与示波器进行通信由以下程序实现：

｛

viOpenDefaultRM （&defaultRM）；CString s，strTemp；char* stringTemp；viFindRsrc（defaultRM，”USB？*”，&list，&nmatche s，matches）；

viOpen（defaultRM，matches，VI_NULL，VI_ NULL，&vi）；

viFindNext（list，matches）；

viOpen（defaultRM，matches，VI_NULL，VI_ NULL，&vi1）；

｝

3.2.3软件显示界面

常温下，用该软件观察到放大后的波形如图4所示，上半部分是经共射基本放大电路放大后的波形，下半部分是经分压式偏置放大电路放大后的波形。该软件主要为了解决示波器显示屏幕小，不便于观察的问题，而不对示波器进行控制。

图4　显示界面

3.3改变环境温度

同样，利用热吹风同时、均匀地改变示教板上两个小信号放大电路的环境温度，并通过幕布上投影出的图像实时观察波形变化情况（如图5所示）。经过几秒钟的时间，发现分压式偏置放大电路的波形基本没有变化，而共射基本放大电路的波形出现了饱和失真。同时也说明分压式偏置放大电路的静态工作点基本没有变化，而共射基本放大电路的静态工作点上移了。

图5　改变温度

4　结束语

本次课教学过程中的演示实验，用改装的万用表和基于VC的信息采集软件对演示现象进行放大显示，实验结果形象、直观；用热吹风直接改变电路的环境温度，实验过程真切、易于操作，大大提高了学生的学习兴趣。多次实践表明，课堂教学效果明显改善。

参考文献

［1］ 康华光.电子技术基础［M］.第五版.北京:高等教育出版社，2007.

［2］ 秦曾煌.电工学［M］.第七版.北京:高等教育出版社，2009.

［3］ 蒋漪涟.基于LabVIEW电子信息类实验教学系统的设计与实现［J］.现代电子技术，2011，34（16）:152-154.

［4］ 唐辉平，彭良玉.基于LabVIEW的模拟电路实验教学平台设计［J］.现代电子技术，2013，36（12）:145-147.

［5］ 陈维兴，林小茶.C++面向对象程序设计教程［M］.北京:清华大学出版社，2009.

［6］ 张忠帅.VC++2008专题应用程序开发实例精讲［M］.北京:电子工业出版社，2008.

［7］ 张弘.USB接口设计［M］.西安:西安电子科技大学出版社，2002.

［8］ 戴向华.USB原理及其在数据采集系统中的应用［J］.计算机工程与设计，2004，25（5）:840-843.

The Classroom Demonstration of Quiescent Point Stability

Zhang Guoli， Zhang Antang
Air Force Engineering University， Shaanxi Xi'an 710051， China

Abstract:In the course of Electronic Technology Fundamental， the quiescent point stability is hard to understand for students. Relying on explanation and simulation has not achieved very good teaching effect. In response， this paper adopts the method of classroom demonstration from the static and dynamic. In the common emitter amplifer circuit and the partial pressure type amplifer circuit， using the swing angle of a modifed pointer multimeter demos the chance of quiescent point. With these two circuits， using the software of oscilloscope information acquisition demos the chance of amplifed waveform. The practices indicate that the method is vivid and intuitive， and it can greatly improve students' learning interest and the effect of classroom teaching.

Key words:quiescent point； classroom demonstration； USB serial communication； teaching effect

收稿日期：2015-11-18

作者简介：张国礼，硕士，讲师。