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        “模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)、改進(jìn)與制作

        2017-05-18 17:19:48秦冬成姜玉亭王土央
        科技視界 2016年19期

        秦冬成 姜玉亭 王土央

        [摘要]模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是電子信息類專業(yè)極其重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。隨著時(shí)代的發(fā)展,其理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)為適應(yīng)時(shí)代也在不斷地改革發(fā)展。那么,如何跟上時(shí)代步伐,在理論教學(xué)實(shí)施改革的基礎(chǔ)上,開出適應(yīng)新時(shí)期、完美無缺的實(shí)驗(yàn)是我們教師的頭等大事。

        [關(guān)鍵詞]模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)板;模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué);模擬電子技術(shù)理論教學(xué)

        1我校模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)概況

        我校教學(xué)實(shí)踐部電路中心是國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,全面負(fù)責(zé)整個(gè)學(xué)校的電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、通信電子電路實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電路技術(shù)實(shí)驗(yàn)、微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)。同時(shí)。我校的《電子電路技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》也是是國家級(jí)精品課程,《電子電路技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)團(tuán)隊(duì)也是國家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)?!赌M電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)》是電子信息類學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。對(duì)應(yīng)全校各院系的不同要求,要求開出《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)A實(shí)驗(yàn)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)B實(shí)驗(yàn)》,為做到資源共享,目前該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)由教學(xué)實(shí)踐部電路中心第一實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)。第一實(shí)驗(yàn)室面向全校各院系本科學(xué)生的不同要求,相應(yīng)開出《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)A實(shí)驗(yàn)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)B實(shí)驗(yàn)》及其相應(yīng)的開放實(shí)驗(yàn)。為配合國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、精品課程的建設(shè)要求,充分利用我部已有的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源,緊跟現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展要求,提高學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)新的實(shí)踐能力,使學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間獲得最大的學(xué)習(xí)效率,促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的全面提升、增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。對(duì)應(yīng)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)A實(shí)驗(yàn)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)B實(shí)驗(yàn)》課程開出:?jiǎn)渭?jí)放大電路(一),單級(jí)放大電路(二),差動(dòng)放大電路,互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器,兩級(jí)負(fù)反饋放大器,集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用,整流濾波與穩(wěn)壓電源,集成電路、分離元件混合放大器的設(shè)計(jì)等項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)。對(duì)應(yīng)不同的課程及要求,選擇以上相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過以上實(shí)驗(yàn),使學(xué)生能理論聯(lián)系實(shí)際,使學(xué)生的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的理論與實(shí)際水平得到提高,動(dòng)手能力也得到提高。

        2不斷完善實(shí)驗(yàn)板、提高實(shí)驗(yàn)室的硬件、軟件配置

        隨著時(shí)代的發(fā)展,實(shí)驗(yàn)室設(shè)備配置尤顯重要。目前我校電路中心實(shí)驗(yàn)室提供每人一套的配置,每套配置如下:模擬示波器(做模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)使用模擬示波器較好,因模擬示波器捕捉小信號(hào)能力較強(qiáng)且穩(wěn)定。當(dāng)然目前數(shù)字示波器捕捉小信號(hào)能力已大大改善,我們實(shí)驗(yàn)室也將馬上升級(jí)數(shù)字示波器)、DDS函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、高精度數(shù)字萬用表、交流毫伏表、直流穩(wěn)定電源、晶體管特性曲線測(cè)試儀、頻率特性測(cè)試儀、失真度測(cè)試儀、高精度L、C測(cè)試儀等儀器以及模擬電路實(shí)驗(yàn)箱、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)電路板、實(shí)驗(yàn)元器件等。其中晶體管特性曲線測(cè)試儀、頻率特性測(cè)試儀、失真度測(cè)試儀、高精度L、C測(cè)試儀5人共用一套?,F(xiàn)在開出的實(shí)驗(yàn)課大致有以下形式:驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性以及綜合性實(shí)驗(yàn)。為了在有限的時(shí)間讓學(xué)生學(xué)到更多的知識(shí),三極管單管放大電路、集成運(yùn)算放大電路、負(fù)反饋放大電路、互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路、整流濾波與穩(wěn)壓電源等目前以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的形式來完成:三極管單管放大電路增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,集成電路、分離元件混合放大器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)則以設(shè)計(jì)性及綜合性實(shí)驗(yàn)的形式來完成:教師提供參考電路,學(xué)生也可按要求自己設(shè)計(jì)電路,要求學(xué)生用電路軟件畫SCH圖、PCB板圖目,然后制作電路板、焊接、調(diào)試好、穩(wěn)定后予教師檢查驗(yàn)收,充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、知識(shí)應(yīng)用能力,使學(xué)生電路方面的能力得到全面提高。盡管是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。我們也對(duì)其也不斷完善,保證其時(shí)代的先進(jìn)性、實(shí)用性及完美性。在長期的實(shí)踐教學(xué)中。遇到過許多問題,通過大家商量、分析與改進(jìn),各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)遇到的問題都陸續(xù)得到解決。以下則是一些必較嚴(yán)重的問題,其實(shí)這些問題在外校的參觀學(xué)習(xí)中也同樣遇到,我們加以了分析、改進(jìn),經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證再改進(jìn),最終問題得到圓滿解決。

        3由分立元件組成的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器實(shí)驗(yàn)板的改進(jìn)、設(shè)計(jì)與制作

        3.1“互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器實(shí)驗(yàn)”原實(shí)驗(yàn)電路

        “互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器實(shí)驗(yàn)”原實(shí)驗(yàn)電路圖如圖1所示,從電路圖看出,該電路為OTL電路,使用電容耦合輸出,單電源+12V供電,VTl為單三級(jí)管共發(fā)射級(jí)電壓放大電路,為該互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器電路提供足夠的增益,互補(bǔ)對(duì)稱輸出管、VT2、VT3為9013、9012,為小功率三級(jí)管,帶負(fù)載能力較差,接5.1K負(fù)載做實(shí)驗(yàn),VT2、VT3還是經(jīng)常損壞。其實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果,輸出功率、效率非常低,實(shí)測(cè)效率η≤7%,與理論書上的計(jì)算效率η約為78.5%,相差太大,叫學(xué)生莫衷一是,不知如何處理結(jié)果。所以,必須加以改進(jìn),改進(jìn)之后,使電路能穩(wěn)定工作。使電路的效率接近78.5%,與理論書上的計(jì)算結(jié)果較接近,讓學(xué)生做正確的實(shí)驗(yàn);實(shí)際上,該電路頻響也不好測(cè)試,測(cè)出結(jié)果也是叫人費(fèi)解。

        3.2“互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器實(shí)驗(yàn)”改成的實(shí)驗(yàn)電路

        經(jīng)思考、反復(fù)實(shí)驗(yàn)試制,改成如圖2所示穩(wěn)定、成熟的電路,電路同樣使用+12V單電源供電,將vT2、VT3改為TIP41C、TIP42C功率管,重新調(diào)整VT1、VT2、VT3管的靜態(tài)工作點(diǎn),使其工作點(diǎn)更理想,按如圖電路形式,9013能推動(dòng)TIP41C、TIP42C功率管;且因TIP41C、TIP42C其Pcm可達(dá)65W、Icm可達(dá)10A,不易損壞,且該功率管外形不大,可以焊接在原位置,當(dāng)然,給TIP41C、TIP42C功率管裝上一小散熱片更好;TIP41C、TIP42C功率管可帶動(dòng)較重負(fù)載,其波形、各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果良好。具體制作時(shí),將R9調(diào)整為33n左右,使輸出波形有一點(diǎn)點(diǎn)交越失真,便于學(xué)生充分理解互補(bǔ)推挽輸出的概念。實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)整Rp,即調(diào)整M點(diǎn)的靜態(tài)工作點(diǎn),使輸出點(diǎn)有最大的輸出電壓幅度:經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算,輸出功率、效率均得以提高,按以下公式計(jì)算:

        4整流濾波與穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)、改進(jìn)與制作

        4.1“整流濾波與穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)”原實(shí)驗(yàn)電路

        “整流濾波與穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)”原實(shí)驗(yàn)電路圖如圖3所示Ⅲ,經(jīng)多年使用,該實(shí)驗(yàn)電路不太穩(wěn)定,學(xué)生在做該實(shí)驗(yàn)一系列的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí),電路經(jīng)常自激,三端穩(wěn)壓LM317T也經(jīng)常損壞,須迫切改進(jìn)。圖3“整流濾波與穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)”原實(shí)驗(yàn)電路圖

        4.2“整流濾波與穩(wěn)壓電源實(shí)驗(yàn)”改成的實(shí)驗(yàn)電路

        5“集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用”模電實(shí)驗(yàn)板改進(jìn)

        該實(shí)驗(yàn)電路板原設(shè)計(jì)有些小問題,實(shí)驗(yàn)時(shí)集成運(yùn)放uA741、LM741損壞較多。首先對(duì)正、負(fù)電源加上二極管電源接錯(cuò)自動(dòng)保護(hù)電路,如圖5所示;因?qū)嶒?yàn)時(shí)學(xué)生正、負(fù)電源接錯(cuò)的情況比較多,利用二極管的單向?qū)щ娦裕粽?、?fù)電源接錯(cuò),電源則自動(dòng)接不上。電路不工作;同時(shí)在集成電路的正、負(fù)電源處就近對(duì)地接0.1uF/63V的獨(dú)石電容并聯(lián)10uF/16V的電解電容。濾去干擾噪聲,消除電路自激;如果是多級(jí)級(jí)聯(lián)工作,級(jí)與級(jí)加L、C電源退藕電路,使電路更穩(wěn)定。當(dāng)然排版時(shí),電源地與信號(hào)地分別走線,電源由后往前供電,兩地線在供電處匯集。按以上處理后,集成運(yùn)放uA741、LM741的損壞大大減少,電路的穩(wěn)定性也更好了。

        6“負(fù)反饋放大器”模電實(shí)驗(yàn)板改進(jìn)

        經(jīng)反復(fù)思考、實(shí)驗(yàn)試制,“負(fù)反饋放大器”模電實(shí)驗(yàn)板改成圖6,1所示的實(shí)驗(yàn)電路,該電路為兩級(jí)單管放大器的級(jí)聯(lián),為一電壓串聯(lián)負(fù)反饋,R16、C3為該電路的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò);按負(fù)反饋放大電路方塊圖的分析方法,其基本放大器電路等效為如圖6.2所示,為了使學(xué)生正確理解基本放大器電路,其重復(fù)使用的元器件沒有改動(dòng)位號(hào):在改制實(shí)驗(yàn)板時(shí),要增加基本放大器電路所示的重復(fù)的元器件。做該實(shí)驗(yàn)時(shí),特別是做基本放大器電路實(shí)驗(yàn)時(shí),電路不穩(wěn)定、自激,是我們經(jīng)常遇到的問題。為使電路穩(wěn)定,不自激,首先把每級(jí)放大器的增益適當(dāng)降低,第一級(jí)加

        R7負(fù)反饋電阻,第二級(jí)加上R14負(fù)反饋電阻,級(jí)與級(jí)增加如圖6.1所示的L1、C10、C11電源去藕電路。消除兩級(jí)放大器之間的共電耦合。按以上要求改好、制作好的電路板,學(xué)生在做“負(fù)反饋放大器實(shí)驗(yàn)”的一系列實(shí)驗(yàn)時(shí),電路都很穩(wěn)定,學(xué)生都能很順利地做完實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。他們實(shí)驗(yàn)結(jié)果:基本放大器、負(fù)反饋放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻都得到正確驗(yàn)證。滿足各自的驗(yàn)證公式,當(dāng)然也驗(yàn)證了基本放大器的正確性。改制成功。

        7結(jié)束語

        以上是我們?cè)谏夏M電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課過程中遇到各種的問題,經(jīng)理論分析,改進(jìn)、然后反復(fù)實(shí)驗(yàn)給予了解決,這些改革與改進(jìn)取得了較好的教學(xué)效果,同時(shí)也取得較好的效益。匯編成以上,與大家共饗,也歡迎大家提出寶貴意見。

        [責(zé)任編輯:楊玉潔]

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