何超

摘要：本文討論了傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)教材的缺憾，總結(jié)了元增民教授的新體系特色《模擬電子技術(shù)》的諸多進(jìn)展，并相信該書(shū)能對(duì)推動(dòng)模擬電子技術(shù)教材的改革起到巨大的影響。

關(guān)鍵詞：模擬電子技術(shù)；教學(xué)；教材；改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）15-0175-03

模擬電子技術(shù)是高等院校理工類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的理論和技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其對(duì)推動(dòng)高科技的發(fā)展與應(yīng)用起著巨大的影響。這方面，童詩(shī)白教授、康華光教授、孫肖子教授等諸位名家對(duì)我國(guó)的高等教育和中等技術(shù)教育中模擬電子技術(shù)的教學(xué)工作做出了不可磨滅的開(kāi)創(chuàng)性的重大貢獻(xiàn)。

一、傳統(tǒng)模電教材的缺憾

無(wú)可否認(rèn)，傳統(tǒng)模電教材雖多，但缺乏大家普遍認(rèn)可的。繼童詩(shī)白教授、康華光教授的模電教科書(shū)之后，目前僅國(guó)內(nèi)出版的模電教科書(shū)就已經(jīng)達(dá)到上千種，真如戰(zhàn)國(guó)時(shí)代。眾多其他模擬電子技術(shù)教材的作者也為推動(dòng)模擬電子技術(shù)和改進(jìn)模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)效果付出了辛勞，但總的處于一種無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)中，廣大讀者深受其害。模電理論課堂學(xué)生躺倒一大片、實(shí)驗(yàn)課堂屢屢拖堂的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。

高校師生普遍反映模擬電子技術(shù)難教難學(xué)。網(wǎng)上書(shū)評(píng)：模擬電路教材，清一色的一樣的語(yǔ)調(diào)，一樣的結(jié)構(gòu)，一樣的推導(dǎo)演算。往往看這本書(shū)搞不懂的問(wèn)題，在其他書(shū)上也難覓答案。這樣的現(xiàn)象很普遍，這樣的呼聲“一浪高過(guò)一浪”。

究其原因，傳統(tǒng)模擬電子學(xué)的基本理論，尤其是半導(dǎo)體電子學(xué)的歷史較短。20世紀(jì)60年代之前，大體以電子管為主；60年代初，又演變成以晶體管和集成電路為主。由于發(fā)展迅速，在理論與實(shí)踐的方方面面，還存在著不少有待探討和完善的地方。

大家普遍感覺(jué)到：半導(dǎo)體電子技術(shù)，涉及到物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的基本理論較多建立在經(jīng)驗(yàn)方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，其理論基礎(chǔ)有待進(jìn)一步夯實(shí)，有些問(wèn)題的討論中邏輯關(guān)系不甚明白，非線性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性問(wèn)題的界限和方法的討論也欠明確。

典型的像硅材料的開(kāi)路PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)建電勢(shì)究竟多大的基礎(chǔ)問(wèn)題都還是懸案。還有，傳統(tǒng)模電教科書(shū)認(rèn)為正向?qū)ǖ腜N結(jié)還有殘余內(nèi)電場(chǎng)，但殘余內(nèi)電場(chǎng)究竟多寬，殘余勢(shì)壘究竟多大，一直也是一個(gè)迷。

硅二極管及三極管發(fā)射結(jié)正向壓降名義值雖然是0.7V，但實(shí)際上用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量一批不同型號(hào)的硅二極管，幾乎同樣的測(cè)量電流，它們的正向壓降竟然分布在0.4V～0.8V超寬范圍內(nèi)，如2CZ11B正向壓降為0.4V，與肖特基二極管很接近，還有的1N4148二極管正向壓降高達(dá)0.8V。這些簡(jiǎn)單現(xiàn)象，用傳統(tǒng)模電書(shū)的理論都解釋不了。

傳統(tǒng)模電教科書(shū)的缺陷除了自然因素，還有人為因素。往往寫(xiě)了的沒(méi)用，有用的卻不寫(xiě)。例如，BJT共基電流放大倍數(shù)α寫(xiě)了，但是至今沒(méi)見(jiàn)誰(shuí)用過(guò)。判斷反饋深度需要反饋系數(shù)F，但鮮見(jiàn)F值計(jì)算。結(jié)果深度反饋的界定欠客觀性，使學(xué)生如丈二和尚——摸不著頭腦。

傳統(tǒng)模電教科書(shū)基本共射放大器基極偏置電阻值及其能獲得的輸出范圍如表1所示?？梢钥闯觯敵龇秶鷧⒉畈积R，普遍沒(méi)有達(dá)到理論應(yīng)有的極限最大數(shù)值，說(shuō)明傳統(tǒng)模電教科書(shū)基極偏置電阻都是靠經(jīng)驗(yàn)方法設(shè)置的。

有的模電教科書(shū)為了回避分立元件放大器的難度，刻意把OPA應(yīng)用提前到篇首，卻忘了OPA應(yīng)用通篇都離不開(kāi)反饋，結(jié)果顧此失彼。教師沒(méi)講反饋，就講反饋應(yīng)用，結(jié)果給學(xué)生“雪上加霜”，招致更大的麻煩，有老師說(shuō)，這簡(jiǎn)直是把學(xué)生往糊涂里整。

這些事例說(shuō)明，模電教科書(shū)改革只是修修補(bǔ)補(bǔ)的老路子，是越來(lái)越走不通了。

二、元增民模電教科書(shū)的特色

為了適應(yīng)電子技術(shù)飛躍發(fā)展和新世紀(jì)高等教育培養(yǎng)高素質(zhì)人才的需要，教育界強(qiáng)烈呼吁對(duì)模擬電子技術(shù)教學(xué)進(jìn)行改革，強(qiáng)烈呼喚新的教材的出現(xiàn)。長(zhǎng)沙大學(xué)元增民教授率先研究并于2009年8月在中國(guó)電力出版社出版了新體系特色《模擬電子技術(shù)》，并于2013年10月在清華大學(xué)出版社出版《模擬電子技術(shù)》修訂版，2014年10月在清華大學(xué)出版社出版《模擬電子技術(shù)簡(jiǎn)明教程》（以下簡(jiǎn)稱元書(shū)）。

元書(shū)思路新穎，別開(kāi)生面，語(yǔ)言生動(dòng)流暢，深入淺出，而且理論創(chuàng)新點(diǎn)及方法很多。該書(shū)主要具有以下特色：

1.既有分析又有設(shè)計(jì)。既有對(duì)現(xiàn)成放大電路的分析計(jì)算，還有合理與否的結(jié)論，又有基于輸出范圍最大、工作點(diǎn)穩(wěn)定性、共模抑制比最大等要求的設(shè)計(jì)過(guò)程及要求。

2.歸納整理了模擬電子技術(shù)涉及到的諸多參數(shù)和指標(biāo)。以往的模擬電子技術(shù)教材，涉及到的諸多參數(shù)和指標(biāo)，數(shù)量不一，各教材名稱又不盡一致，比較混亂。元書(shū)第一次歸納整理為“一參數(shù)九指標(biāo)”。對(duì)模擬電子技術(shù)的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)的分析計(jì)算全面系統(tǒng)，放大器的電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)、功率放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、頻率特性、最大不失真輸入電壓幅度、最大不失真輸出電壓幅度（輸出范圍）、臨界工作點(diǎn)、工作點(diǎn)溫度系數(shù)、效率、負(fù)載最大功率等十項(xiàng)技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)，差分放大器共模抑制比等主參數(shù)，分析得都比較透徹，使讀者能對(duì)放大器有一個(gè)全面認(rèn)識(shí)。

尤其是本書(shū)首次全面介紹了磁耦合放大器（即變壓器磁耦合放大器）電壓放大倍數(shù)等十項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)的分析計(jì)算。

3.以器件和電路的主參數(shù)入手，注意相關(guān)內(nèi)容的有機(jī)聯(lián)系。元書(shū)介紹BJT時(shí)強(qiáng)調(diào)主參數(shù)電流放大倍數(shù)β，介紹FET時(shí)強(qiáng)調(diào)主參數(shù)跨導(dǎo)gm，介紹功率放大電路時(shí)強(qiáng)調(diào)主參數(shù)功率放大倍數(shù)，介紹差分放大電路時(shí)強(qiáng)調(diào)主參數(shù)共模抑制比CMRR。注意相關(guān)內(nèi)容的有機(jī)聯(lián)系，將放大倍數(shù)與頻率特性分析統(tǒng)一進(jìn)行。

靜態(tài)設(shè)計(jì)為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)服務(wù)，動(dòng)態(tài)分析與靜態(tài)分析有機(jī)結(jié)合，以動(dòng)態(tài)指標(biāo)為要求進(jìn)行靜態(tài)設(shè)計(jì)。來(lái)龍去脈清晰邏輯關(guān)系明了。

基于放大器效率和負(fù)載最大功率要求、根據(jù)負(fù)載電阻RL確定安伏變換器Rc，根據(jù)晶體管β值、安伏變換器Rc和負(fù)載電阻RL確定基極臨界偏置電阻Rbcr，……，一系列設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程的來(lái)龍去脈清晰、邏輯關(guān)系明了，極富可讀性。

4.明確工作點(diǎn)內(nèi)涵與外延及溫度系數(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了工作點(diǎn)的從定性討論、經(jīng)驗(yàn)判定向定量分析和計(jì)算的過(guò)渡。該書(shū)走出傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)教科書(shū)中的經(jīng)驗(yàn)方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的舊框框，進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撏茖?dǎo)和說(shuō)明，從定性討論、經(jīng)驗(yàn)判定向定量分析和計(jì)算過(guò)渡。如結(jié)合晶體管截止條件與飽和條件，解決三極管放大電路中臨界工作點(diǎn)、輸出范圍和信號(hào)輸入范圍等問(wèn)題，首次實(shí)現(xiàn)了從定性討論、經(jīng)驗(yàn)判定向定量分析和計(jì)算的過(guò)渡。這些重要問(wèn)題在過(guò)往教材中一直沒(méi)有能夠很好解決。目前放大電路的偏置設(shè)計(jì)是低效的經(jīng)驗(yàn)定奪，受設(shè)計(jì)者個(gè)人經(jīng)驗(yàn)影響較大，實(shí)質(zhì)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)湊數(shù)字，見(jiàn)表1。這一點(diǎn)給缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生帶來(lái)最多最大的疑問(wèn)，成為困擾模擬電子技術(shù)教與學(xué)的絆腳石。

該書(shū)提出并明確工作點(diǎn)內(nèi)涵與外延，提出工作點(diǎn)溫度系數(shù)概念，將放大器工作點(diǎn)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)由定性過(guò)渡到定量。

5.循序漸進(jìn)從簡(jiǎn)到繁步步深入。從半導(dǎo)體器件到放大電路，從分立元件到集成電路，從有形電阻構(gòu)成的安伏變換器到無(wú)形電阻構(gòu)成的安伏變換器，從普通放大電路到有源負(fù)載放大電路，從普通放大電路到差分放大電路，一步步地將讀者引到集成放大電路和集成振蕩電路的大門(mén)，引進(jìn)現(xiàn)代電子世界，引導(dǎo)得非常自然。

6.注意編進(jìn)實(shí)用新穎內(nèi)容。作者獨(dú)具匠心，不僅在基本共射放大電路、分壓偏置共射放大電路及基本共基放大電路的分析計(jì)算中將圖解法發(fā)揮得淋漓盡致，而且編進(jìn)目前流行的運(yùn)放鎖零電路等新穎內(nèi)容，并且全面闡述了實(shí)用價(jià)值較大的雙T網(wǎng)絡(luò)集成振蕩電路。

7.語(yǔ)言生動(dòng)文字流暢。提出常開(kāi)型場(chǎng)效管、常閉型場(chǎng)效管、安伏變換器、電流接力棒等既名副其實(shí)又生動(dòng)有趣的說(shuō)法。還有“電流的天性使它喜歡入'地'。虛地好似一個(gè)'陷阱'。它先以地電位把電流引來(lái)，但又不讓電流真正入地，結(jié)果逼得電流遠(yuǎn)走他方形成反饋”等生動(dòng)形象化的語(yǔ)言把虛地概念及反饋原理描繪得活靈活現(xiàn)。

像修訂版及簡(jiǎn)明教程形容BJT工作原理的順口溜：

“艾碧順著發(fā)射結(jié)，攜來(lái)電子多如云；小小艾碧大艾西，艾西順著艾碧循。

艾西電壓落電阻，剩余才給集射極；集射壓降太少了，管子飽和限艾西?！?/p>

這則順口溜不僅說(shuō)理透徹，而且讀起來(lái)朗朗上口。

8.淺入深出，復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。用淺顯易懂的語(yǔ)言入手，闡述復(fù)雜的問(wèn)題，導(dǎo)出看似深?yuàn)W的理論。如用電子擴(kuò)散形成電場(chǎng)，電場(chǎng)對(duì)電子擴(kuò)散是阻力，電場(chǎng)越大阻力越大，電子擴(kuò)散到一定程度時(shí)即達(dá)到平衡、形成PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的思路來(lái)描述PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的形成。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的理論推算后指出，正向?qū)≒N結(jié)沒(méi)有內(nèi)電場(chǎng)。

9.辯證對(duì)待、靈活應(yīng)用線性與非線性解決實(shí)際問(wèn)題。眾所周知，模擬電子技術(shù)有很多非線性問(wèn)題線性化處理的問(wèn)題，二者的界限和處理方法是較難把握的。元書(shū)辯證對(duì)待、靈活應(yīng)用線性與非線性問(wèn)題，如非線性對(duì)于放大有害，但對(duì)于乘法器、混頻等反而有利。晶體管非線性模型還有利于建立參數(shù)之間的關(guān)系。

10.在保證高計(jì)算精度條件下把很多復(fù)雜計(jì)算進(jìn)行近似簡(jiǎn)化。例如，第一版和修訂版解決了輸入輸出不等時(shí)間常數(shù)條件下BJT放大器下限頻率的計(jì)算問(wèn)題，不過(guò)所介紹公式很復(fù)雜，令人望而生畏。在簡(jiǎn)明教程中，復(fù)雜公式已經(jīng)被一種高精近似公式所替代。新公式不僅簡(jiǎn)明扼要方便好用，而且精度高，計(jì)算誤差控制在2%以內(nèi)。

11.關(guān)于反饋極性及起振判斷。傳統(tǒng)反饋理論最難理解最難用，根源是串并聯(lián)反饋沒(méi)有反映現(xiàn)實(shí)。元書(shū)用加反饋與減反饋概念來(lái)客觀描述反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的邏輯關(guān)系，定義直截了當(dāng)，清晰如水，使反饋模式及極性判別變得容易進(jìn)行。反饋極性及起振的相位條件傳統(tǒng)上一直用φa+φf(shuō)=2nπ，就是2φ法。2φ法實(shí)際上丟掉了比較環(huán)節(jié)的相移。元書(shū)簡(jiǎn)明教程建立比較環(huán)節(jié)的相移概念，并用φc表示，加反饋比較環(huán)節(jié)相移φc=0，減反饋比較環(huán)節(jié)相移φc=π，由此將反饋極性及振蕩判斷的相位條件修正為∑φ=φa+φf(shuō)+φc=2nπ或（2n+1）π，將2φ法完善為3φ法。

3φ法的優(yōu)點(diǎn)是，不僅用起來(lái)特順溜，而且正負(fù)反饋通吃。因此已經(jīng)受到很多學(xué)員的認(rèn)可。以前反饋分析及設(shè)計(jì)題人見(jiàn)人愁，如今在3φ法面前，已經(jīng)是人見(jiàn)人愛(ài)。

12.理論聯(lián)系實(shí)際附有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。該書(shū)特點(diǎn)是理論結(jié)合實(shí)際。作者本著對(duì)社會(huì)、對(duì)讀者高度負(fù)責(zé)的指導(dǎo)思想，所有新提出的計(jì)算公式都經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。該書(shū)第一版、修訂版所穿插的實(shí)驗(yàn)有幾十個(gè)，書(shū)后還附有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，從分立元件放大器到集成電路放大器安排了16項(xiàng)饒有趣味和實(shí)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)。

元書(shū)還有許多特點(diǎn)，在此難得一一盡述。總之，元書(shū)無(wú)疑是一本模擬電子技術(shù)課程的創(chuàng)新教材，吹響了模擬電子技術(shù)教材改革的號(hào)角。是值得大家學(xué)習(xí)和仿效的。當(dāng)然，模擬電子技術(shù)教材的改革起步維艱，任何一本教材難免存在這樣那樣的問(wèn)題。只要大家齊心協(xié)力，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，模擬電子技術(shù)教材建設(shè)肯定越來(lái)越紅火。

元增民教授的這些研究進(jìn)展，已經(jīng)寫(xiě)在很多論文中，元書(shū)參考文獻(xiàn)就列出了作者自己的很多研究論文。元書(shū)已經(jīng)成功地用在全國(guó)各地很多院校的教學(xué)過(guò)程中。2009年以來(lái)他所講授的模電教學(xué)，已經(jīng)獲得很好的效果，實(shí)驗(yàn)課不再拖堂，課程考試及格率穩(wěn)步在90%以上。他輔導(dǎo)的學(xué)生考研，很多模數(shù)電獲得了90分以上的好成績(jī)。他輔導(dǎo)的銀孚注冊(cè)電氣工程師執(zhí)業(yè)資格考試中的模數(shù)電考試，及格線55%，很多學(xué)員獲得70～80%以上的好成績(jī)，變模數(shù)電拉低總分為抬高總分。為此元增民教授還被評(píng)為銀孚注冊(cè)電氣工程師學(xué)院教學(xué)名師。

http：//www.3vsheji.com/a/xr/xtgs/2014/0422/70151.html.

限于本人水平，以上文字和觀點(diǎn)難免掛一漏萬(wàn)，錯(cuò)訛之處，也在所難免。歡迎各位有識(shí)之士批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)：

[1]童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].第四版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）[M].第六版.北京：高等教育出版社，2014.

[3]元增民.模擬電子技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[4]元增民.模擬電子技術(shù)（修訂版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[5]元增民.模擬電子技術(shù)簡(jiǎn)明教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.