电子技术课程教学问题探究

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电子技术课程教学问题探究

模拟电子技术是电类专业重要的技术基础课程,在整个课程体系中占有极其重要的地位。课程内容多、难度大、跨度大,细碎而繁杂,学生普遍反映学习困难。本文详细论述该课程严密的系统性,知识由浅如深、由简到繁、由易到难,有一条清晰的线索有机联系起来一个个知识点,从这个角度去认识和学习这些知识,可以做到清晰明了,事半功倍。模拟电子技术是电类专业的一门十分重要的专业基础必修课,在专业课程体系中占有非常重要的地位,是一门理论和实际紧密结合的理论性和实践性都很强的课程。本课程主要任务是使学生掌握模拟电子技术方面必备的基本理论、基本知识和基本技能,培养学生分析问题和解决问题的能力,使学生具备应用模拟电子技术的初步能力,为学习后续课程的学习以及电子技术在专业中的应用打下良好基础。

1学生学习模拟电子技术课程的主要困难分析

笔者自任教以来,长期担任本科电类及电类相关专业模拟电子技术课程的教学任务,积累了一定的教学经验。在教学过程中了解到,学生私下里把模拟电子技术基础课程称为“魔电”,有六难:入门难、理解难、记忆难、难掌握,做题难,设计难、考试难,其畏难程度和焦虑情绪可见一斑。学生在学习中的困难总结起来主要有以下几个方面:

1.1基本概念多而细碎、容易混淆模拟电子技术课程的一个最显著的特点就是基本概念多,以第三章《二极管及其基本电路》为例,据粗略统计,一章大概有各种基本概念六十余个,每一个概念都是知识体系中的一个重要的节点,如果不能深刻理解,会对后续课程产生较大的影响,学生在面临数量如此细碎而含义艰深的概念时,常常感到茫然,不能做到深刻理解,系统性记忆。

1.2需要掌握的知识板块容量大从课程体系概述到基本概念,从基本概念到基本器件,从基本器件到基本电路,从初级基本电路到改良的各种类型基本电路,从改良的基本电路到基本应用电路模块,模拟电子技术需要掌握的知识容量大、难度大、跨度大。学生在学习的过程中,难以理清它们之间的互相联系和承接关系,关键性知识节点掌握不够扎实稳固,次要的知识板块纠缠不清,不知道每一个知识板块学习目标定位到底是什么,不知道哪些内容是重点内容,哪些是次要内容,从而越学越糊涂。

1.3符号标识多,符号标识系统规定复杂据不完全统计,模拟电子技术课程各种符号标识达300余个。每一个符号标识的写法都有严格的书写规定。大写小写不能搞错,上标下标不能搞错,英文希腊文不能搞错,头上带点不带点不能搞错。每一个符号标识的书写规范都牵扯到对基本概念的深刻理解,如此多而复杂的符号标识经常让学生叫苦不迭,搞错、搞混、记不住、书写不规范乃如家常便饭。

2帮助学生理清课程体系主线,打消畏难情绪,采取系统性学习策略

2.1课程开设之初,努力让学生掌握课程基本特点.模拟电子技术课程内容多而繁杂,学习困难较大。针对这种客观存在的实际情况,本人认为,在课程开始阶段,首先应努力让学生掌握模拟电子技术课程的基本特点,打消畏难情绪。要花功夫让学生认识到:模拟电子技术课程的基本特点就是“技术”和“基础”四个字,它是一门技术类课程,就说明它讲的不是纯理论,不需要特别晦涩的数学知识作为依托;既然是一门技术,就一定具备实践性,能分析常见的应用电路,能设计制作简单的应用电路,用工程技术观点去处理相应的电路问题,是学习该课程的最终目的之一。既然是基础课,讲的当然是这个领域最基础的概念、知识、技能,是后续相关课程的重要铺垫。

2.2反复给学生申明:学习的关键是掌握知识板块的主要线索模拟电子技术课程具有严密的系统性,知识由浅如深、由简到繁、由易到难,有一条明显的线索。在教学过程中,要时刻提醒学生,紧紧抓住这条线索,把每一个概念,每一个知识点,甚至每一道习题都串在这条线索上,考量它们在整个知识架构上的位置,判断其重要性,采取相应的学习策略。所谓的“纲举目张”、“提纲挈领”就是这个道理。整个课程的线索的基本线索就是:以器件是基础,放大电路的研究为核心。课程开端首先研究各种基本器件的结构、工作原理、伏安特性曲线、重要技术参数。在此基础上构建基本放大电路,以适应基本的信号放大的需要。针对不同的应用环境,基本放大电路有诸多不能适应具体需要的不足之处,比如输入电阻不够大,信号衰减严重;输出电阻不够小,带负载能力差;电压或电流增益不理想;带宽不能满足实际信号频率分布范围等等,这就需要用不同的方法对基本放大电路进行改进,在此基础上逐步介绍适应不同需要的较为完善的放大电路。在各种放大电路的基础上,再介绍较为常见的基本应用电路,如滤波电路、正弦波产生电路、非正弦信号产生电路、稳压电路模块等。

2.3每个知识板块内部线索详细分析模拟电子技术课程有一条清晰的主线。此条线索的起始端为四种基本器件,即二极管、BJT(双极型三极管)、FET(场效应管)、IC-OPA(集成运放)。四种基本器件工作的基础是PN结的形成及特性,因此对于半导体基本知识及PN结相关知识的学习就是本课程的重中之重。是全书学习的重要基础知识。二极管相关知识是四种基本器件中相对比较容易学习的内容,其紧紧承接在PN结相关内容之后,并且是学习BJT相关内容的铺垫和预热。二极管在应用电路中本身就也具有很重要的作用,二极管基本应用电路也是学习的重点内容。场效应管在当代高集成度、低功耗、高速度芯片的开发与应用中应用日益广泛,但其种类较多,原理学习难度较大,学习完二极管相关知识后,本人认为紧接着学习BJT较为合适,因为BJT器件出现历史年代较早,技术较为成熟,学生更容易接受和理解。学习完BJT相关知识以后,当学生具备了半导体器件内部载流子有序流动的基本认识,建立了电压电流的基本控制关系,深刻理解了电子学中放大的实质性含义,再学习相对较难理解的场效应管工作原理相关内容就不会出现晦涩难懂的情况。学习完三种基本器件后,基本器件的学习可以告一段落,集成运放是一种集成器件,内部原理较为复杂,笔者认为该部分的学习放在在学习完基本放大电路之后较为合适。模电课程第二个较大的知识板块就是六种基本放大电路的学习。模拟电子技术课程中以六种基本放大电路的学习为其重点内容,这六种基本放大电路分别是是:BJT基本放大电路、FET基本放大电路、差分式放大电路、集成运放基本线性应用电路、反馈放大电路、功率放大电路。此板块学习的基本线索就是基本放大电路有简到繁,不断完善的过程。首先是在基本器件的基础上建立BJT共射基本放大电路,掌握关于电流电压放大的基本概念、基本知识、基本方法。然后考虑到基本放大电路工作场温度会影响电路路的静态工作点,从而改变放大电路的正常工作状态,就在共射基本放大电路的基础上构建射极偏置电路。射极偏置电路可以通过添加射极电阻的方法起到自动稳定静态工作点的作用,但稳定静态工作点同时也牺牲了电路的放大倍数,为解决此矛盾,可根据电路工作的不同需要进行调整,这又衍生出许多不同结构的放大电路。三种组态放大电路的研究也是该板块的重点内容。三种不同组态的放大电路在电压增益、电流增益、输入输出相位关系、输入电阻、输出电阻方面具有不同的特点,可适应不同的用途。比如,共射基本放大电路既有电压放大作用,又有电流放大作用,输出电压和输入电压反相,输入电阻在三种组态中居中,输出电阻较大,适用于低频信号情况下,作为多级放大电路的中间级。在三种组态电路中,共集电极放大电路的输入电阻最高,输出电阻最小,频带宽,可作为多级放大电路的输入及或输出级或缓冲级。不同组态的放大电路可根据需要组合成多级放大电路以适应不同的需要。学习完BJT放大电路之后,把放大器件换为场效应管即可构成FET放大电路,在学习FET放大电路时,应特别注意BJT放大电路和FET放大电路各项指标的不同之处。差分式放大电路是一种特殊的放大电路,主要用于集成运放的输入级,以解决零点漂移问题。在以上学习的基础上学习集成运放及集成运放线性应用电路,学生在学习的过程中几乎感觉不到任何难度。负反馈放大电路用于改善放大电路的各项性能指标,反馈的概念是学习后继课程的重要基础。功率放大电路在第二大知识板块即基本放大电路板块中,是非常特殊的一部分内容。它的着眼点在电路输出的功率,常用在集成运放的输出级,是大信号工作状态,器件常工作在极限状态,有一系列特殊问题需要解决,也是在学习的过程中需要特别注意的地方。模电课程第三大知识板块是基本应用电路的学习。主要包括滤波电路、信号产生电路、直流稳压电源等基本应用电路知识的学习。是对前面所学基本知识的延展和应用。基本应用电路的学习也有明显的线索。以滤波电路为例。滤波电路的学习主线十分明显,这就是滤波器不断改进、越来越完善的过程。滤波电路的主要功能是传送输入信号中有用的频率成分,衰减或抑制无用的频率成分。最基本的滤波器就就是前面频率响应部分学习的RC高通和低通电路,即所谓的一阶无源滤波器。因无源滤波器无信号放大作用,并且有严重的负载效应,为改善此缺点,就在无源滤波器中引入运算放大器,构成所谓一阶有源滤波器。一阶有源滤波器采取不同的组合方式,可以构成带通、带阻、高通、低通等高阶有源滤波器。高阶有源滤波器根据不同的应用场合,又有巴特沃斯、切比雪夫滤、贝塞尔、考尔等不同种类的有源多阶滤波器。

3结语

通过以上分析不难发现,在模拟电子技术的学习过程中,一些表面上看起来支离破碎的概念、原理、方法,实际上是可以用一条清晰的主线有机联系起来的一个个知识点,在这条线索上,有关乎全局重要节点,需下功夫认真学习,透彻理解。有相对不重要的节点,是辅助的内容,可基本了解,慢慢深入。从这个角度去认识和学习这些知识,可以做到清晰明了,事半功倍,达到满意的学习效果。

作者:周焱 单位:河南城建学院