袁藝丹

摘要：學(xué)習(xí)通用面包板的使用是培養(yǎng)理工科學(xué)生掌握電子設(shè)計與制作的基礎(chǔ)性課程，針對高等院校學(xué)生開設(shè)該課程有利于進(jìn)一步提高學(xué)生的動手能力及分析解決問題能力。該文借助測試儀器晶體管測試儀和示波器，和仿真軟件Multisim等實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的輔助儀器，以一種能發(fā)出高低兩音色的門鈴電路為例，力圖拓展學(xué)生在電子設(shè)計中的實(shí)踐分析能力，極大改善傳統(tǒng)的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：面包板；電子設(shè)計；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）22-0152-02

1 概述

面包板是一種多用途的萬能實(shí)驗(yàn)板，可以將小功率的常規(guī)電子元器件直接插入，搭接出各式各樣的實(shí)驗(yàn)電路，由于元器件可以反復(fù)插接、重復(fù)使用，便于電路調(diào)試、元件調(diào)換，因此面包板非常適合初學(xué)電子技術(shù)者使用。在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生只需要根據(jù)給出的電路圖將分立器件和導(dǎo)線進(jìn)行連接，接入電源即可，學(xué)生并沒有太多機(jī)會去思考為什么要這樣設(shè)計電路，每個元器件有什么作用。因此考慮將實(shí)驗(yàn)新增內(nèi)容，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新聯(lián)想精神，讓他們在實(shí)驗(yàn)過程中的各種技能得到鍛煉。改善后的課程內(nèi)容將遵循：識圖→元器件辨識→Multisim仿真→電路實(shí)現(xiàn)→示波器測試，五步流程進(jìn)行教學(xué)，用多元化的教學(xué)手段培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力。

2 教學(xué)內(nèi)容

1）識圖

對于原理圖的解讀是電子設(shè)計的先決條件，只有在理解整體電路功能和結(jié)構(gòu)后，才能順利在后期對于組裝電路過程中的突發(fā)問題進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y試和調(diào)解。

電路原理圖中是一個能發(fā)出高、低兩種音色的門鈴，如圖1所示。三極管VT1、VT2及外圍元件等組成無穩(wěn)態(tài)自激多諧振蕩器，VT3、VT4則構(gòu)成互補(bǔ)型音頻振蕩器，當(dāng)按下S1時，兩個振蕩器同時通電工作，VT1與VT2就交替的導(dǎo)通與截止，由于R4阻值較小，相當(dāng)于把電阻R5的左端交替接到電源的正極與負(fù)極端。當(dāng)VT2截止時，VT3的基集偏置電阻為R6和R4+R5的并聯(lián)值，它和電容C3的時間常數(shù)較小，所以由VT3、VT4構(gòu)成的音頻振蕩器振蕩頻率較高，揚(yáng)聲器BP的發(fā)聲音調(diào)也隨之較高；當(dāng)VT2導(dǎo)通時，VT3的上偏置電阻為R6，這時R5充當(dāng)VT3的下偏置電阻，此時音頻振蕩器的振蕩頻率較低，揚(yáng)聲器BP發(fā)出的聲音調(diào)隨之較低。當(dāng)VT2間隔導(dǎo)通與截止時，揚(yáng)聲器BP就會發(fā)出“叮咚、叮咚”雙音聲。C4是并聯(lián)在電源兩端的退耦電容，防止電路通過電池回路產(chǎn)生反饋，提高電路的穩(wěn)定性。

2）元器件分析

理解電路原理圖后，接下來就需要對每個元器件的特性進(jìn)行了解。所需識別的元器件包括電阻，電容（電解電容、瓷介電容），三極管（NPN，PNP）。

首先是對于電容的區(qū)分。（1）瓷介電容使用高介電常數(shù)的陶瓷材料擠壓成圓片作為介質(zhì)，并用燒滲方式將銀鍍在陶瓷上作為電極并通過引腳引出，瓷介電容有兩個管腳，不區(qū)分極性。它的優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定，體積小，分布參數(shù)影響小，適用于高穩(wěn)定的振蕩電路中。其缺點(diǎn)是電容的容量偏差會大一些，容量也較小。本電路中用到的瓷介電容有104字樣，表示該瓷介電容的容量就是100000，單位pF。（2）電解電容在電路中的使用量非常大，應(yīng)用十分廣泛。電解電容有2個管腳，長管腳表示正極，短管腳表示負(fù)極。

晶體管的輸出特性曲線是描述晶體管各級的輸出電壓與輸出電流關(guān)系的曲線，也叫做安特性曲線，它是晶體管內(nèi)部微觀現(xiàn)象的外部表現(xiàn)。了解晶體管的輸出特性曲線對于了解晶體管性能和晶體管電路分析是非常必要的途徑。為了幫助學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)晶體管特性，繪制輸出特性曲線十分必要，一般可以借助EDA仿真軟件Multisim電子工作平臺搭建測試電路進(jìn)行仿真，或者更加直觀的方法是利用晶體管測試儀直接進(jìn)行測試。

3）Multisim仿真

Multisim是一個以Windows為基礎(chǔ)的仿真軟件，非常適合電路設(shè)計和分析的初學(xué)者使用。Multisim提供了一種易于新的電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境及方式，教學(xué)者可以利用這種全交互式仿真器，通過仿真實(shí)現(xiàn)電路功能而無需擔(dān)心繁復(fù)的理論分析。這樣的教學(xué)模式可以讓學(xué)生專注于電路結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)，而不用為搭建電路中的實(shí)驗(yàn)環(huán)境而擔(dān)心。利用Multisim學(xué)生可以任意改變連線方式或者替換元器件，修改數(shù)值，然后實(shí)時讀取虛擬示波器中的結(jié)果，通過這樣的探索可以鞏固他們在課堂的理論知識，也可以創(chuàng)新性的改變電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計新的電路以實(shí)現(xiàn)功能。

4）電路實(shí)現(xiàn)及測試

基于面包板進(jìn)行電路連接時值得關(guān)注的是面包板的結(jié)構(gòu)。初學(xué)者可以揭開面包板背后的保護(hù)膜進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)板上的插孔都被分組，組與組的插孔之間從電學(xué)上互不相通，而每一組的插孔內(nèi)部都有導(dǎo)線互連，這些金屬連線都是在面包板背面走線，由保護(hù)膜進(jìn)行隔離保護(hù)。在清楚查看面包板背后的金屬走線后，也就了解面包板的插孔之間的關(guān)系。要注意的是實(shí)驗(yàn)面包板水平放置后，板上最上端和最下端各有一排插孔，分別標(biāo)注為“X”“Y”，一般講“X”定義為電源正極，“Y” 定義為電源負(fù)極。連接電路時最好采用不同顏色的導(dǎo)線，以便于后期連接器件過程中發(fā)現(xiàn)問題便于排查。該電路中的3V直流電源可以用直流穩(wěn)壓電源來供電。在實(shí)現(xiàn)電路功能后有針對性的對于模塊電路進(jìn)行測試，比如電路中較難理解的無穩(wěn)態(tài)自激多諧振蕩器，可以利用常見的測試儀器示波器。電路實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖2所示。

3 結(jié)語

融入更多仿真和測試方法后的電子設(shè)計課程將教學(xué)課題的理論知識和實(shí)踐技能有機(jī)地結(jié)合在一起，克服了傳統(tǒng)教學(xué)中只注重理論，不注重實(shí)踐的瓶頸問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的綜合能力，有效地調(diào)動學(xué)生在課堂里的創(chuàng)新性和主觀能動性，充分利用實(shí)驗(yàn)室資源來延展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，擴(kuò)展學(xué)生知識范圍，使電子設(shè)計更加生動有趣。