电子线路实验第一堂课内容设计

孙玲姣+喻伟闯+杨庆

【摘 要】对物理或电子等相关专业而言，《电子线路实验》是一门重要的和实践性较强的专业基础课程。电子线路实验第一堂课内容往往是非常重要的，因为它关系到能否让学生知道如何做实验和做好实验。文中详细介绍了在第一堂课内容中必须先让学生清楚的四点内容，并在课堂最后通过一个简单的实验项目来熟悉前面介绍的实验环节，让学生在以后能更好地做好该课程后面的实验项目，学好这门课程，为后续的课程打下坚实的基础。

【关键词】电子线路实验；专业基础课程；第一堂课；实验内容

【Abstract】Electronic circuit experiment is an important and practical professional basic course in physics or electronics related.Electronic circuit experiment first class content is often very important，because it concerns the ability of the students know how to do the experiment and do the experiment well.In this paper，four inportant point must first let the students know in the first class is detailedly explained firstly，then in classroom final through a simple experimental project to familiarize students with the previous experimental practice，Through these training，students will be able to better complete the follow-up of the experimental project for the rest of this course，and lay a solid foundation for learning of the following courses.

【Key words】Electric circuits experiments；Profession basis course；First class；Experiment contents

0 引言

《电子线路实验》是根据我国高校《模拟电子技术》和《数字电子技术》教学大纲开设的一门独立实验课程，要求学生在学习《电子技术基础》（数字部分）和《电子技术基础》（模拟部分）理论课程的基础上，通过实验对电子技术理论的进一步理解及掌握。《电子线路实验》课程在巩固学生电子技术理论知识的同时，也要求对学生的动手实践能力得到一定的锻炼，并让部分学生通过该门课程的学习后具有一定设计制作功能电路的能力[1]。因此《电子线路实验》对物理或电子等相关专业而言是一门重要的和实践性较强的专业基础课程[2-4]。

在学生上该门实验课的第一堂课中，除了让学生清楚的认识到这门课程的学习任务、学习目标和重要性外，更重要的是让学生知道如何做实验和想认真的做好实验，而不仅仅是为了完成实验过程，甚至抄袭别人的数据，导致在做完所有安排的实验项目后，大部分学生对实验内容几乎毫无印象。因此，为了做到这一点，在第一堂的实验教学过程中让学生清楚这样几个方面是非常重要的，它们分别是：1）明确考核方式，重点放在学会，而不仅仅是完成；2）掌握电路接线；3）掌握基本仪器仪表的使用和养成良好的实验操作习惯；4）准确定位实验指导教师和学生自己在实验中各自的角色。课堂最后通过一个简单的实验项目来熟悉前面介绍的实验环节，让学生能更好地做好该课程后面的实验项目。该实验课程采用的硬件实验设备主要有DS1052E双通道数字示波器、DG1022函数信号发生器、UT51数字万用表和DJ-SD6电子技术实验箱，后面文中所说实验箱均指这种设备。

1 明确考核方式

实验课程的考核方式具有多样性[5]，而每一门课程都有自身的特点，学校或任课教师会根据其自身特点采取相应的考核方式，比如：试卷考试、现场实验操作、上机操作、作品制作、大作业、竞赛形式等方式。结合多年该实验课程的教学经验和该课程的基础性及操作实践性，我们采取了实验操作与实验报告处理综合考虑的考核方式。在第一堂课上，让学生清楚实验操作和实验报告单处理是评分的依据。

實验操作的评分主要根据学生是否认真完成所做实验项目、操作方法是否正确来评定，通常这一部分评分对按要求完成实验内容的学生都是没有差别的。我们在这里主要强调的是：虽然每一个实验项目都分配有固定的学时，然而每个同学在做实验的过程中的进程不一样，如果有的同学在规定的学时内没有完成相应的实验内容，请学生无需担忧，可以在下次实验的时接着做，并且不影响操作评分。这样就可以让他们可以静下心来做实验，而避免了有的学生为了赶时间而手忙脚乱或抄袭别人实验数据的现象。在后面的实验课堂中，我们经常看到的是这样的景象：学生都在忙而有序的做着自己的实验，如有疑问会积极和实验教师或同学讨论。

实验报告单处理的评分主要依据学生报告单上实验测量数据、数据处理和分析、报告单整洁度等来评定。每次实验课后，会给学生足够的课外时间让学生来处理实验报告单。在这里我们需强调：前面的实验操作的评分基本上没差别，所以实验报告单处理的评分是成绩拉分的部分。这样就可有效的督促学生回顾课本或查阅相关资料，将实验和上过的理论内容结合起来，更好的理解和掌握所学内容。通过后面所交的实验报告单，可以明显的感觉出整体的实验报告单比以前的规范、整洁、合理。

2 掌握电路接线

《电子线路实验》这门课程一般是在大二学期开设的基础实验课，也许对有的学生来说，这是第一门需要动手连接实验电路的课程，因此，在实验的过程中，首先需要学生会看电路图，并会根据电路图用元器件和导线连接电路。为了保证不同基础的每一个学生在以后的实验项目中都能正确的连接，在第一堂课上就要让学生学会看图和连接电路。以实验项目——晶体管单级放大电路为例，首先让学生找到该实验项目中的共射极单管放大器实验电路图，并根据电路图在实验箱上找到所需的各分立元器件。接着以三极管为中心，让所有同学在实验教师的指导下以相同的步调，按三极管的基极b、发射极e和集电极c的顺序，将导线一根一根的接好，完成电路图的连接。这种方法和以前通常采用的实验指导教师演示一次的方法比较，我们发现效果差异比较大。后者通常来说演示的速度比较快，大部分学生跟不上这样的节奏，即使速度不快，学生也很难全部记住，同样也很容易忽略一些特别强调要注意的一些小细节。前者的方法虽然在第一次课堂上会花相对较长的时间完成电路连接，但是保证了学生在以后的实验项目中可以自己完成基本的实验电路接线，如果实验中有什么需要注意的事项，只需在实验操作之前统一提醒或演示一下。这样充分调动了学生动手的积极性，让课堂上不再有学生玩手机、聊天或旁观，同时也大大的提高了整体实验的效率。

3 掌握基本仪器仪表的使用和养成良好的实验操作习惯

该实验课程采用的测量仪器仪表主要有数字示波器、函数信号发生器和数字万用表。在实验中学生必须掌握它们的一些基本使用方法。

对于数字万用表，让学生了解它的基本功能[6-8]，主要有：交直流电压电流的测量、电阻测量、二极管和三极管的测试和通断测试，同时现场一起操作。在这里主要强调三点：1）在测量交流电压和电流时，万用表屏幕直接显示的是有效值，测电阻时，需将相应部分独立出来，且不带电测量；2）将功能开关打在蜂鸣器和二极管档位，先直接短接两根表笔，如果蜂鸣器会发出蜂鸣声，则说明两根表笔是通的，接着才可用这一档进行二极管和三极管的测试和通断测试。当检测导线时（导线阻值通常在100Ω以下），将导线两端分别接两个表笔，如果蜂鸣器会发出蜂鸣声则说明导线是通的，并且万用表屏幕上显示的数值为表笔与导线串后的阻值，单位为Ω，当没有蜂鸣声这说明这根导线是断开的，同时屏幕显示“1”；当检测二极管时，将红表笔接二极管阳极，黑表笔接阴极，万用表屏幕上显示六百多，单位为mV，为其正向压降，调换两个表笔位置，显示为“1”，则说明二极管是好的。如果当红表笔接二极管阳极，黑表笔接阴极时，蜂鸣器响或屏幕显示“1”，都说明二极管已坏掉；当检测三极管时，把三极管当成两个背靠背的二极管，以NPN型小功率三极管s9013为例，将红表笔放在基极b，黑表笔放在发射极e或集电极c，屏幕上都显示五百多毫伏，则说明三极管是好的；3）用同一个表先交替测量电压和电流时，要保证表笔换到对应的插孔，并把功能开关打到相应的档位，否则容易造成错误测量，并把万用表的保险管烧坏。

对于函数信号发生器，让学生知道如何选择所需信号的波形及调节其参数[9]，比如：频率、有效值或峰峰值、对称性等。这里要强调的是：在信号调好过后，先用好的探头将信号引入正常工作的示波器，观察波形和参数是否和前面所调信号基本一致，如果不是所调信号，需检测相应输出通道旁的“output”键是否点亮，如果已点亮，说明通道坏。

当用数字示波器观察波形时，让学生知道怎样调节才能看到最佳显示效果的波形，以及读取相应波形的参数。通常来说，将信号通过通道接入示波器后，只需按“AUTO”键，便立即获得合适的显示波形[10-12]。当幅值较小或频率较小时，需手动设置才能看到较好的波形。这里要强调三点：1）因输入变化或电路参数改变时，会导致电路输出波形在变化时，如果示波器显示波形不再方便观察，一般只需按“AUTO”键；2）在使用示波器进行观察和测量前，先把好的探头的红色夹子和黑色地线夹子接到函数信号发生器或示波器校正信号输出端。按按“AUTO”键，几秒钟后，看是否能在波形显示区看到输入函数信号或示波器校正信号的波形，如果可以，说明相应的输入通道是好的，否则，该通道坏；3）无源示波器探头相当于两根线，在使用前可用检测导线的方法分别判断它们的好坏。在使用时，要保证地线夹子可靠的接了地（被测系统的地，非真正的大地）。在实验中，用几根探头用于输入和输出交流信号时，则需将它们的地线夹子共地。

为了让学生在实验时有良好的实验操作习惯，需在第一堂实验课上就规范学生的实验操作方法。比如：每次进入实验室进行实验，不是马上连接电路，而是应该先用前文所述方法检查实验项目所需的导线、各分立元件、示波器探头、仪器通道等的好坏，用万用表检查电源，检查完毕后才开始做实验；在实验中如需换线，则需断电后再进行，换线完毕再打开开关。

4 准确定位实验指导教师和学生自己在实验中各自的角色

在实验中，有时会有学生问指导老师某一个数据或现象对不对，通过这个现象可以反映出学生课前预习不够，导致他们的不自信或者说对结果很茫然。因此，在第一堂课上要让学生了解到，课前预习的重要性，在课堂上不能依赖指导教师而直接获得答案。而指导教师在遇到这种情况时，应先判断测量结果是否合理，如果合理，则引导学生自己判断；如果不合理，先应检查学生线路连接，指出需纠正的地方，并让学生自己判断纠正后的实验结果。每次实验后，实验指导教师根据实验的具体情况布置相应的思考题。这样让学生意识到他们才是实验的主角，实验指导教师仅仅是起到指导作用。

5 实验项目

实验要求完成：晶体管单级放大电路中放大器静态工作点的测量和调试，以及放大器中频电压增益的测试[13]。

5.1 放大器静态工作点的测量和调试

图1为电阻分压式单管放大器静态工作点测量实验电路，电路中NPN型三极管Q1为s9013，电流放大系数β=200，其他各元件参数见图1。静态工作点测量条件：输入端Us接地，即Ui=0。按图1接好电路，调节滑动变阻器RP，用数字万用表的直流电流档测量集电极电流IC，使IC=1.0mA。再用万数字用表的直流电压档测得三极管Q1各极电压分别为Ub=2.49V、Ue=1.89V和Uc=6.93V，计算出Uce=5.04V。图1中各电表示数为用protues仿真时各电量的数值，他们分别为：Ic=1.0mA，Ub=2.58V、Ue=1.92V和Uc=6.88V，计算出Uce=4.96V。当然，如果为了避免断开集电极，还可以通过先測量电压Ue或Uc再算出的方法，在这里我们不再详述。

放大器静态工作点的调试是指对三极管集电极电流Ic（或Uce）的调整和测试。静态工作点是否合适，对放大器的性能和测试波形都有很大影响：若工作点偏高，信号容易产生饱和失真；若工作点偏低，信号容易产生截止失真。为了得到符合要求而不失真的放大信号，所以在选定工作点以后必须进行动态调试，这需要协调考虑两方面的调试：1）改变电路参数Vcc、RC、RB1、RB2可改变静态工作点的高低，但通常采用调节电阻R B2的方法来实现；2）前面所说的工作点偏高或偏低不是绝对的，应该是相对于输入信号的幅度而言的，若输入信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定出现失真。所以确切地说，波形失真的产生是输入信号幅度与静态工作点设置不当导致的。如果要满足较大信号幅度的要求，静态工作点应该尽量靠近交流负载线的中点。

5.2 放大器中频电压增益的测试

测试放大器中频电压增益时的电路如图2（a）所示，按图1调好单管放大器的静工作点（IC=1.0mA），将函数发生器调到f=5kHz，US为相应的值接到放大器，使Ui=8mV，通过示波器观察到输入信号Ui和输出信号UO为两个正弦波，它们的相位相差180o，且测得UO=1.28V，计算得电压增益AV=160。图2（a）中各电表示数为用protues仿真时各电量的数值，他们分别为：Ui=8mV和Uo=1.36V，根据仿真结果计算得到AV=170。图2（b）为Ui和UO的仿真波形，因为Ui和Uo数值相差比较大，为了能在同一图中显示，Ui和Uo在图中采用不同的纵轴坐标，左边为Ui，单位为：mV，右边为UO，单位为：V，横坐标为时间t，单位为ms。

信号源频率不变，逐渐增大信号，并调节静态工作点，得到最大不失真输出信号UO=1.74 mV，相应的输入信号Ui=8.8 mV，计算得电压增益AV≈198。用protues仿真时各电量的数值分别为：Ui=8.8 mV和UO=1.49 mV，根据仿真结果计算得到AV≈170。仿真波形类似图2（b）。当继续增大输入信号使Ui=25.2mV，protues仿真得到失真的输出信号UO=3.55V，计算得电压增益AV≈141，已经偏离了AV=170这个值，仿真波形如图3所示。

在上述实验过程中，仿真值可作为理论值，通过实验比较电压增益可以发现，估算结果、实验结果和仿真结果之间有差距，这可能是由于元器件工艺的一致性、测量仪表的精准度、温度湿度变化等因素引起的误差。实际中这些误差只要控制在一定范围就可以不考虑了。

6 结论

在实验课的第一堂课中，不但应该让学生清楚的认识到这门课程的学习任务、学习目标和重要性，更应该让他们知道如何做实验，并掌握基本仪器仪表的使用，这样才能让学生做好后面的实验项目，学好这门课程，为后续的课程打下坚实的基础。

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[責任编辑：田吉捷]