电路的分析、设计与检修——“电子产品装配与调试”教学实践与体会

(天津市宝坻区职成教中心，天津 301800)

电子产品装配与调试是中职学校电子、信息、机电、自动化控制等专业的一门必修专业课程，是在“理实一体”的教学思想指导下，在“做中学、做中教”的教学模式下，将原来电子技术与电子技术实训课程合并、拓展后形成的新课程，教学内容更加贴近岗位，使专业更加贴近产业，更加凸显能力的培养，“电子产品装配与调试”也是各级技能大赛的重要赛项之一。

在电子产品装配与调试教学中，教师不仅需要讲解理论知识，还要指导、检查学生装配与调试电路，这是由理论指导实践，由实践升华理论的过程。在这一实践过程中，很多时候会出现电路工作不正常的情况。如何解决这些问题呢？结合自己在教学中的一些具体案例，谈谈自己的体会和做法，希望给学生和教师一些启发，起到抛砖引玉的作用。

一、加强学习，拓展视野

有很多实用的电路，中职教材中并未涉及，这就要求教师在教学中对电路进行深入分析，理解电路的原理和认清各个元器件的内在关系。

1.对于固定偏置和分压偏置的放大电路，其静态工作点很容易确定，但是对于图1所示“助听器”的放大电路原理分析很多人就无能为力了。因为，图1中的R3有两个作用：一是充当偏置电阻，IB电流就是通过R3提供的；二是充当负反馈电阻，将输出信号反馈到输入端。其静态工作点应该这样确定：

(IC+IB)R2+IBR3+UBE=UCC

------------------------------------------------①

IC=βIB

------------------------------------------------------------------②

将②代入①中，得(1+β)IBR2+IBR3+UBE=UCC

图1 放大电路

将UCC=5V、β=100、UBE=0.7V、R2=200k、R3=2.2M代入上式，得

IC=βIB=100×0.194×10-6=19.4×10-6A

UCE=UCC-ICRC=5-200×103×19.4×10-6=1.12V。

这样就可使放大电路的工作点降低，达到减小噪声的目的。

图2 声音检测电路

2.图2是“家庭智能报警器”的声音检测电路。其核心器件为LM324，该电路构成了具有偏置功能的反相比例运算放大器。由R13做电压并联负反馈电阻，R11、R12分压为ui+提供偏置电压，C2为交流旁路电容。此电路是将最简单的反相输入放大器和减法器组合后的复合电路，也可称作“双端输入加法电路”。

对于ui≠0时的动态，由于电容器C2的存在，交流信号相当于接地，由“虚短”可知：u-=u+=0，由“虚断”及基尔霍夫定律可知：i10=i13

解得

二、深入探索，敢于质疑

由于“理实一体”课程的推广和各类技能大赛的进行，一些深受学生欢迎的实用有趣的电路不断涌现，给我们的日常教学提供了很多方便。但是由于时间仓促，电路在设计过程中不可避免的出现一些瑕疵。这就要求教师敢于质疑，对电路进行深入的分析、探讨与修正。

在图3所示的是2016年某地区技能大赛试题中“金属检测电路”的改进电路。电位器RP是用来调整VT1工作点的，若RP太大，会造成振荡电路不能起振，利用这一特性可调节进行金属检测时的灵敏度。

图3 改进电路

1.原电路中没有用到电阻R2，而是将振荡电路与振荡检测电路直接相连接。

在教学实践中发现，R2的存在是十分必要。因为，当振荡信号的输出幅度较大，且≤4.3V时，VT2的发射结就会将振荡信号钳位在4.3V，使VT1的输出波形产生失真。这样不仅会使振荡信号变形而且还会产生寄生振荡，形成干扰信号。

2.原电路中R3为2kΩ，教学实践中发现，在没有金属物体接近时蜂鸣器仍然发出报警声音。

用示波器测试，发现VT3的基极存在脉冲信号，说明其未能可靠截止，导致蜂鸣器发出报警声音。经分析可知，是由于R3、C4的时间常数太小造成的。

正弦振荡信号通过R2加在VT2基极上，当uB2>4.3V时，VT2截止，电源通过R3给C4充电，R3得到高电压使得VT3处于截止状态；当uB2<4.3V时，VT2饱和导通，R3仍然得到高电压使得VT3截止，同时C4通过VT2集、射两极进行放电。所以，在振荡电路振荡期间，VT3始终截止，有源蜂鸣器不工作。若R3、C4的时间常数太小，就会使在uB2>4.3V期间，C4充电很快结束，R3上端变为低电平，使得VT3短时间内处于导通状态，造成VT3不能有效截止。尽管这一时间非常短暂，但是由于振荡频率远远高于人的听觉分辨能力，就会感觉到蜂鸣器一直在发出报警声音，只是音量较弱而已。

如何增大时间常数呢？一是增大C4的容量，这无疑会使得在VT2饱和导通时C4的放电电流增大，增加VT2的负担。二是适当增大R3，使R3=20kΩ。这样就增大了时间常数，有效解决问题，也不会增加VT2的负担。

三、熟悉器件，简化电路

有些电路在设计过程中，未考虑元器件的性能参数，导致电路中个别元器件工作在极限状态，造成损坏。或者未将元器件的性能优势发挥出来，导致增加元器件，使成本增加。例如《电子技术项目教程》(电子科技大学出版社，2018年第一版，杨连阜主编)“项目六——制作多功能控制器”电路图6.0.1中就存在着这样的问题。

更加严重的还存在很大的隐患，R8消耗功率P=I2R=0.1296W，已经超出电阻0.125W的额定功率，有烧毁的危险。同时此电流很有可能导致VT2、VT3组成的复合管基极输入电流过大而烧毁其发射结。R8的选取应该以NE555输出高电平时保证三极管可靠饱和为原则，通过查询可知C9014的集电极发射极饱和压降UCE=0.3V，其测试条件为IC=100mA、IB=5mA，可按此条件计算。

2.一般来说，只有在输入信号较弱或不足以使三极管饱和，或者三极管的ICM小于继电器的吸合电流的情况下才使用复合管，在这种情况下是不需要使用复合管的，只需要单独使用C8050即可。C8050的发射结饱和电压UBE最大值为1.2V(IC=800mA，IB=80mA)。因为NE555输出数字信号，且输出高电位时的最大输出电流大约200mA，足以使得C8050饱和导通。在实际制作时可选择R8=1kΩ，焊接在NE555的脚与C8050的基极之间即可，这样就可省略C9014以达到简化电路、节约成本的目的。遗憾的是作者在教材编写过程中未能考虑到这一重要方面，给使用该教材的师生造成了不必要的麻烦。

四、弄清原理，查找原因

学生自己使用多孔板搭建、焊接、装配电路，出现工作不正常现象，或部分功能不能实现都是不可避免的。按照辩证关系，出现问题是好事而不是坏事。如果能够教会学生通过观测故障现象，分析出故障原因，进而进行故障排除，这才是更加全面、更高层面、更加核心能力的培养。

出现问题后，一是不要气馁，要相信我们已经掌握了足够的理论知识和操作技能，这些教学项目应该在我们能力范围之内，通过努力我们是可以解决问题的。二是不要急躁，盲目操作不仅于事无补，还可能扩大故障范围。正确的做法是首先进行功能测试，根据故障现象对照电路原理图进行分析，再对关键点进行测试，找到故障部位或故障元件，最后进行维修。下面列举我在教学中所遇到的几个典型案例来进行说明。

图4 八路抢答器电路原理图

1.学生按照图4自己制作组装“八路抢答器”，在进行功能测试时发现以下故障：

(1)按下S2键时数码管应该显示“2”，却显示“7”。我们可按照以下步骤检修：

第一步，要对电路结构进行分析。二极管VD1、VD3、VD7、VD10和电阻R1组成了一个或门，四个输入分别为S1、S3、S5、S7，其输出A=S1+S3+S5+S7。

同理，B=S2+S3+S6+S7，C=S4+S5+S6+S7

对于输出D，可看成是只有一个输入端的或门，所以D=S8。

第二步，列出以S1～S8为输入，以D、C、B、A为输出的真值表。

第三步，根据真值表来分析，就可知道此电路的功能为编码器。

按下S2键时，数码管显示“7”，说明此时DCBA=0111。怀疑S2键与S7键之间电气短路，经检查确定无连焊的现象。分析电路，S2键与S7键是通过VD2和VD11连接的，按下S2键有显示，说明VD2正常，怀疑VD11反向击穿，致使在S2键按下时VD10、VD12也导通，所输出的四位二进制数就变成DCBA=0111，数码管显示为“7”。

第四步，对上述分析进行验证：按住S2键，测量VD10、VD11和VD12的正极为高电平；松开S2键，VD10、VD11和VD12的正极为低电平，说明分析正确。

第五步，焊下VD11测量其正、反向电阻均为零，更换VD11后编码功能正常。

(2)按下S2、S3、S4、S5、S6和S8键时电路不能自锁。

数字bdgLE功能01100不锁存11001锁存21111锁存31111锁存41011锁存50111锁存60111锁存71001锁存81111锁存

按住S2键，此时数码管“g”段点亮，说明VD13正极为高电平，用万用表测量VD13负极为低电平，怀疑VD13损坏。焊下VD13测量其正、反向电阻均为无穷大，更换VD13后自锁功能正常。

询问后得知，所用的1N4148二极管是从其它电路板上拆下的旧元件，在未经检测的情况下就接入电路而造成以上两个故障。

3.在调试模拟电路时，要根据实际情况，首先测量电路的静态工作点，根据电路结构对数据进行分析。例如《电子技术项目教程》(电子科技大学出版社，2018年第一版，杨连阜主编) “项目二——制作简易助听器”教学实践中就遇到了这样的问题。

指导学生按照教材电路图2.0.2装配电路后，某一位学生想要用音频信号发生器和示波器测试第一级固定偏置放大器的放大倍数Au。去掉驻极体话筒B，接入音频信号发生器，调整其输出幅度为20mV，示波器接在输出电容C1与“地”之间，发现示波器显示的波形非常混乱。分析可知，由于驻极体话筒偏置电阻R1的存在，输入电解电容器C1此时工作在反向状态下，漏电流较大，形成了干扰噪声掩盖了20mV的音频信号，将输入电解电容器C1反向后工作正常。

以上现象说明，电解电容器充当级间耦合元件时，应根据前级的输出端与后级的输入端的电位高低来确定电解电容器的方向。尽管在多级放大器教学中涉及到了这个问题，但是并未引起师生的足够重视，从而出现了上述问题。这就提醒教师在对电路原理进行分析时，应该注重每个细节，多问几个为什么，把每一个电路讲清讲透。

总的来讲，教师要不断学习，具有足够的理论知识，要给学生一瓢水，自己就要有一桶水。教师要多操作，不能纸上谈兵，理论通过实践检验才能够使我们对知识理解更加透彻。教师要善于分析与思考，要善于总结，只有这样才能达到“见多识广”的目的，才能够更好地指导学生解决实际问题，提高实践教学的效果。