以赛促教：模拟电子技术实验的改革与实践

胡 娟，赵 磊，郭一军

（黄山学院 机电工程学院，安徽 黄山 245041）

0 引 言

2019 年安徽省学科和技能竞赛电子类（电子信息、电气、自动化、仪器类）专业水平测试赛（皖南片区）在安徽工程大学举行。电子类专业水平测试赛是安徽省教育厅主导的专业类水平测试竞赛，是面向本科学生的学业水平评估活动。本次测试赛分为理论考核和实验考核两个环节，测试的内容主要为《电路分析基础》、《模拟电子技术》和《数字电子技术》3 门专业基础课程。此次比赛既是对学生专业基础知识和实际操作能力的考核，更是对学校人才培养质量和基础课程教育教学水平的重要检阅。努力提高参赛学生专业基础技能成为模拟电子技术实验改革的重要方向[1]。

1 实验改革的必要性

如何通过竞赛夯实“三电类”课程教学效果，进一步提高人才培养质量迫在眉睫。根据模拟电子技术实验课程教学大纲的要求，目前多数项目为经典电路验证实验，设计性不强、综合性不高。学生基本都是在实验箱和实验模块的基础上连线测试，缺少对具体元器件及电路的认识，更没有动手焊接的操作经验，造成了模拟电子技术实验与电子类专业水平测试赛严重脱节的现象。因此，在不删减原有实验项目的前提下，将原有的插线式操作方法改革成实际电路的搭建，从原理设计、元器件选择到电路的焊接调试，充分调动学生的学习积极性，提高学生的动手能力，才能循序渐进适应大赛要求。

2 改革前的实验举例

以运算放大电路为例，原来的实验内容分为电压跟随器、反相比例放大电路、同相比例放大电路、反相求和放大电路和双端输入求和放大电路。按图连接电路后分别在输入端调节直流输入电压，用万用表测量输出电压，与理论值进行比较并分析误差[2]。其中，双端输入求和放大电路如图1 所示，数据表格如表1所示。

图1 双端输入求和电路

表1 双端输入求和电路数据

枯燥的接线测试造成学生对该实验课程的轻视，多数学生没有分析电路本身原理以及如何实现功能的意愿，只是机械地按步骤完成任务，抄写实验报告。正是因为缺少平时的设计训练，学生动手能力差，导致参赛时的迷茫，体会到挫败感和自信心的打击。因此，亟需一场可以加强学生实验课的学习效果，也可以使学生提高设计、调试电路能力的实验教学改革。让学生更好地适应电子类专业水平测试，以满足应用型本科创新型人才培养的需求[3]。

3 模拟电子技术实验的改革与实践

针对双端输入求和电路，改革后以运算放大器芯片LM358为核心芯片，选择适当的电阻器件。以Vi1、Vi2为输入信号，实现Vo1=-2Vi1+1.5Vi2与Vo2=2Vi1-1.5Vi2运算。具体要求：画出实验原理图，在图上标注电阻的阻值、测试点，并说明输入信号的形式与相应的参数；在面包板上搭建所设计的实验电路，完成实验验证；在实验万用板上焊接调试所设计的实验电路，实现电路功能。

3.1 电路设计原理

如图1所示，运算放大器工作状态下，满足虚断i+=i-=0，虚短V+=V-[4]。列基尔霍夫电流方程：

取R1、R2为10KΩ 电 阻，则RF为20KΩ，R3为10KΩ。同理可得Vo2=2Vi1-1.5Vi2时的各个电阻阻值。

如图2 所示，在实验预习报告上学生可以使用Multisim软件进行原理图仿真[5]，双端输入求和仿真结果如图3所示，满足Vo1=-2Vi1+1.5Vi2。

图2 双端输入求和仿真电路

图3 双端输入求和仿真结果

3.2 面包板电路测试

电路参数确定后，学生可从教师那领取所需阻值的电阻、面包板和芯片LM358，进行实际电路的连接，如图4所示。实验室所用直流稳压电源GPD-3303S 为3 端输出，因此芯片4 管脚接地，运放选择单电源输入。验证Vi1取1V，Vi2取2.5V 时，测得输出Vo1为1.75V，但是Vo2并不是理想中的-1.75V。该测试结果使得学生必须思考其原因：LM358 单电源输入时，没有负电位参考点，只能输出正电压。至此教师可以鼓励学生查找资料，努力找到解决这一问题的办法，增加其解决实际问题的能力。

图4 面包板搭建双端输入求和电路

3.3 实验万用板电路测试

完成面包板电路指定参数及波形测量之后，学生可领取器件和万用板，接着在实验台上焊接电路。在整个焊接过程中需要思考元器件的布局美观性以及走线的合理性。如果实验结果不对则需耐心分析原因，修正后再次调试。最终由实测波形可 知，当 输 入Vi1为2.5V，Vi2为1V 时，输 出Vo2为3.42V，接近计算值3.5V。学生不仅提高了动手能力，还能更好地掌握相应的理论知识。

4 结束语

本次模拟电子技术实验的改革与实践让学生对基础模电电路设计有了初步认识，激发了学生的实验热情，将理论结合实际，锻炼学生的专业基础综合技能。其他两门电子基础课程实验也应做出改革，选择合适的实验项目，指引学生独立思考，动手操作。此外，可以结合电路仿真软件以及硬件画图软件，让学生尝试复杂电路的设计，为今后参加更高层次的电子设计大赛夯实基础。改革电子技术实验可以提高学生学习积极性的同时增强学生的自信心，更好地将所学理论知识应用在实际工作中，提高专业综合能力。以赛促教、以赛促学，还可以提升教师队伍教学水平，巩固学科专业基础知识，促进高校实施素质教育。