杜世勤

（上海電機學(xué)院，上海201306）

當(dāng)今時代，在人們生活和企業(yè)生產(chǎn)過程中，廣泛使用電子設(shè)備，完成了從電氣自動化到電子控制自動化的轉(zhuǎn)型?，F(xiàn)在除了老年人，中青年和少年都習(xí)慣使用手機和電腦平臺進行網(wǎng)購，雖然手機和電腦主要是數(shù)字電子產(chǎn)品，但是里面的電源和射頻電路仍是模擬電路。工廠里PLC和工控機組網(wǎng)控制極大地提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，但是要完成閉環(huán)控制系統(tǒng)，各路檢測信號，不論是電壓信號，還是電流信號，還是需要運算放大器放大之后，經(jīng)過AD（模數(shù)）轉(zhuǎn)換傳遞到計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之中。

在數(shù)字計算機被發(fā)明使用之前，模擬電子技術(shù)在20世紀(jì)前半葉是非常輝煌的，在自動控制系統(tǒng)中使用各種類型的運算放大器，幫助火炮發(fā)射、飛機駕駛等體現(xiàn)出優(yōu)異的性能?，F(xiàn)今還有一些工程師癡迷于模擬電子線路控制器，雖然控制器參數(shù)調(diào)整方面不如數(shù)控產(chǎn)品方便，但仍有控制起來直接快速的優(yōu)點。在數(shù)字電路快速發(fā)展的今天，模擬電子產(chǎn)品在信號產(chǎn)生、測量和放大等方面繼續(xù)發(fā)揮著不可替代的作用。

“模擬電子技術(shù)實驗”是大學(xué)電類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修基礎(chǔ)課程，起著理論學(xué)習(xí)和實際相結(jié)合的橋梁作用。當(dāng)正式進行實驗時，每個學(xué)校模電實驗室中的實驗工作臺不可能使所有學(xué)生人手一臺，基本都是每個學(xué)生一周僅有一次實驗課，甚至更少，學(xué)生輪換進入實驗室進行實驗操作，而大部分的實驗并不是一兩個課時就能完成的，這樣就會出現(xiàn)學(xué)生好不容易在一次課時完成的電路連接，還沒有進行數(shù)據(jù)檢測的情況下，不得不重新收起來，以供下節(jié)上課的學(xué)生使用實驗室，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情[1]。

如何幫助學(xué)生完成模擬電子技術(shù)實驗，提升教學(xué)成果，就是擺在模電實驗老師面前的一個重要課題。近年來隨著電子技術(shù)教學(xué)面向應(yīng)用化、集成化、智能化等方面不斷進行改革，實驗教學(xué)的改革也應(yīng)緊隨其后，不斷探索如何提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力和實踐創(chuàng)新能力，以適應(yīng)學(xué)生在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和將來崗位適應(yīng)能力的發(fā)展[2]。基于上述思路，本文接下來介紹模擬電子技術(shù)實驗的軟件仿真、網(wǎng)絡(luò)實驗平臺和手提實驗箱三種輔助工具。

1 “模擬電子技術(shù)實驗”課程教學(xué)的三種輔助工具

本文以經(jīng)典單管共射放大電路為例，介紹三種學(xué)生可自由行動實驗的輔助工具，即模擬電子技術(shù)實驗的軟件仿真、網(wǎng)絡(luò)平臺實驗和手提實驗箱。

1.1 軟件仿真

常用的仿真軟件有Multisim、Proteus和Pspice等，這類軟件大多可以在Windows環(huán)境里運行，界面友好，學(xué)生上手較快。學(xué)生選用電子元器件、連接各部分電路、使用測試儀器這些環(huán)節(jié)，一般都在窗口屏幕上完成。變換元器件參數(shù)對電子線路性能的影響，可以及時查看結(jié)果。這類仿真軟件有教育版，學(xué)生可以不用花費金錢得到使用權(quán)。

有關(guān)引入上述仿真軟件，如何具體仿真操作，提高模電教學(xué)效果的文章是比較多的。本文直接引用文獻[3]的結(jié)論，單管共射放大電路的Multisim仿真模型如圖1所示，先做Multisim仿真使學(xué)生熟悉電路原理，再結(jié)合實驗操作，提高學(xué)生分析電路的能力，加深學(xué)生對理論的理解，鍛煉學(xué)生操作的能力，達到了實驗教學(xué)改革的預(yù)期效果[3]。

圖1 單管共射放大電路的Multisim仿真

使用軟件仿真，得到的實驗結(jié)果比較理想化，學(xué)生之間相互抄襲仿真模型也比較容易，而下面介紹的網(wǎng)絡(luò)實驗平臺上做實驗和手提箱上接具體線路，即使要抄襲，工作量就大了，實際上學(xué)生至少從頭到尾自己做了一次實驗。

1.2 網(wǎng)絡(luò)實驗平臺

為保障高校的實驗教學(xué)，減少疫情對學(xué)生學(xué)習(xí)的影響，東南大學(xué)電工電子實驗中心整合現(xiàn)有資源，開通了“東南在線實驗”平臺，學(xué)生可在家庭、宿舍、教室、圖書館等任何有網(wǎng)絡(luò)的場地進行實驗，為學(xué)生提供了自主設(shè)計、自我管理實踐渠道，每個實驗都有可遠程操控的儀器儀表及硬件電路，而非軟件仿真。使用者通過瀏覽器訪問在線實驗平臺，用真實電子元器件、連接導(dǎo)線構(gòu)建電路，設(shè)置儀器工作狀態(tài)，測量參數(shù)觀察波形，分析處理實驗數(shù)據(jù)，撰寫提交實驗報告，完成設(shè)計性、綜合性、探究性實驗[4]。單管共射放大電路的網(wǎng)絡(luò)實驗平臺電路如圖2所示。

圖2 單管共射放大電路網(wǎng)絡(luò)平臺實驗

任課老師為每一位學(xué)生向?qū)嶒炂脚_申請賬號，網(wǎng)絡(luò)實驗平臺給予開通實驗權(quán)限后，學(xué)生就可以在自己宿舍里、圖書館閱覽室甚至自己家里做模電實驗。網(wǎng)絡(luò)實驗平臺的操作與上述Multisim軟件仿真過程大體相同，但是后臺有實驗自動化設(shè)備支撐。網(wǎng)絡(luò)實驗平臺完成的實驗記載有學(xué)生的姓名、學(xué)號和完成時間，便于老師批閱管理。即使是使用別人的電腦，但是學(xué)生用自己的賬號，實驗工作不能抄襲，要從頭到尾自己做一次了。

在網(wǎng)絡(luò)實驗平臺上做單管共射放大電路，虛實結(jié)合，只要時間錯開，一個機臺可以給全國各地的學(xué)生做實驗，是有實力的公司要去努力的方向。伴隨著5G時代的到來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)給我們展示了一個輝煌的未來，人們在工控電腦甚至觸摸屏前面，就可以操縱全國各地的生產(chǎn)機械。人們因而可以抽出更多的時間休閑，更多的時間研發(fā)人工智能。

1.3 手提實驗箱

配備有正負(fù)電源和實驗用元器件的手提實驗箱，箱子里面有面包板，學(xué)生可以獨立自主地在上面搭建電子線路。

單管共射放大電路的手提實驗箱電路，如圖3所示。板子中共有3塊獨立面包板組成，上、下兩塊是橫排孔相通的結(jié)構(gòu)，便于電源和接地的連接，這樣做既節(jié)省導(dǎo)線，又能增加可靠性。中間一塊面包板是列排孔相通的結(jié)構(gòu)，中間一塊有凹槽，是安插雙列直插式集成電路芯片的地方。

圖3 單管共射放大電路的手提實驗箱電路

每個學(xué)生都有自己的實驗箱，每次實驗老師檢查學(xué)生接線情況，這樣就促使每個學(xué)生自己動手做實驗。學(xué)生在手提實驗箱上具體接線時，要用剪刀減去元器件上過長的引腳，考慮元器件的合理布局，以盡可能地利用面包板本身的內(nèi)部連接線，完成線路的連接工作。實驗結(jié)果要寫到實驗報告中，學(xué)生還要考慮信號的引入和檢測位置，靜態(tài)工作點要方便測試。完成實驗連線工作，在實驗課的時間里，學(xué)生手提實驗箱到實驗室就可以進行線路檢測和調(diào)試了，碰到問題也有了思考和解決時間。

2 結(jié)論

通過上述單管共射放大電路的軟件仿真、網(wǎng)絡(luò)平臺實驗和手提實驗箱電路搭建的分析，得出它們的共同優(yōu)點是學(xué)生可以利用課余時間，解決了實驗時間緊張，學(xué)生在實驗課堂里不能有點放矢地測試實驗結(jié)果的問題。實踐也證明，上述“模擬電子技術(shù)實驗”課程教學(xué)的三種輔助工具，對于提升學(xué)生學(xué)習(xí)“模擬電子技術(shù)實驗”課程的興趣有較好的作用。伴隨著5G時代的到來，模擬電路網(wǎng)絡(luò)實驗平臺這個輔助工具還可以開拓學(xué)生工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)思維，使學(xué)生提前掌握一項未來的應(yīng)用技術(shù)。