模拟电路实验系统的设计与制作

摘 要：为了推进部级电工电子实验教学示范中心的建设以及实验教学模式的改革，学校鼓励教师开发研制实验设备。主要介绍了模拟电路实验系统的设计思路，包含的电路模块，平面分布图以及可以支持的基础、新技术、综合三个层次的实验项目，总结了实验系统的使用效果。

关键词：开发自制；模拟电路；实验系统；实验项目

1 开发自制实验系统的必要性

实验教学体系和内容在工科高校人才培养中占有重要地位，为了适应国家对创新型人才培养的要求，实验仪器设备必须满足实验教学体系和教学内容变化的要求，而目前市面上配套的实验设备价格较贵，不能满足我们对实验各个层次的要求以及学生个性化发展需求，因此开发先进自制配套的仪器设备对高校来说显得尤为重要。

我校电气信息类教师对电子技术实验越来越重视，不断探索开发新的实验项目，改进实验内容，提升实验层次。结合我校部级电工电子实验教学示范中心建设和山东省高等学校教学改革项目“电工电子创新性实验项目的开发与教学模式研究（2009227）”工作，我校在电工电子实验的教学理论和实验项目建设以及实验教学仪器开发、实验管理制度和信息化平台建设等方面做了大量工作，构建了“研究性、自主性、开放性”三位一体的电工电子实验教学模式，将实验项目分为基础、新技术、综合三个层次。学校鼓励青年教师自制实验仪器设备，给予了大力支持。笔者承担了自制50套模拟电路系统的任务，根据自制实验仪器的任务要求，经过1年多的设计和反复调试，模拟电路系统成功应用于电气信息类及相关专业本科生的实验教学中，每年完成2万多小时的实验教学，而且效果良好，受到师生们的好评。

2 模拟电路实验系统的设计和平面分布图

基于实验项目基础、新技术和综合三个层次的要求，我们开发的模拟电路实验系统采用模块化设计。在设计过程中，实验系统既要完成模拟电子技术的所有基础实验，还要添加新技术模块以及新的实验手段，提高实验的层次。实验箱中的实验电路按模块设计，模块中的基本实验电路，外接其他元件或与其他模块电路组合，完成不同的实验要求。每个实验的电路原理图和大部分元器件在实验板表面一目了然，学生可根据设计好的原理图搭建电路，提高学生的独立思维能力和动手能力；实验箱还配有Cypress公司的在线可编程模拟器件，为师生提供了学习模拟器件新技术的实验平台。同时，实验箱还设有音频信号输入口，为连接虚拟信号分析仪做了准备。

该实验箱主要包括以下模块：

（1）电源模块：工频赫兹的交流额定电压输入，输出直流电压±12 V和+5 V，电流I≥0.2 A，还设有双路直流信号源，均可输出-0.5 V～+0.5 V，-5 V～+5 V，而且连续可调。

（2）分立元件电路包括双路跟踪直流稳压电源，分立元件放大电路，集成运放电路，差分放大电路，功放模块，场效应管电路，集成稳压模块，电位器组，电阻、电容和二、三极管等，PSoC（片上可编程系统），音频信号输入口以及面包板扩展区等。

实验箱上各个模块都是独立的，没有共地，实验中需要经过连线实现共地。多数模块是分立元件，学生做实验时可灵活连线，自由搭建电路，但是实验中需要认真分清各个模块，以免连接错误，损坏设备。

3 模拟电路实验系统支持的实验项目

本实验系统可以完成模拟电子技术全部基本实验，如单级放大电路、负反馈放大电路、差动放大电路、双路跟踪直流稳压电源、电压比较器、运算放大电路和振荡器等实验，还增加了在线可编程模拟电路的新技术模块，可支持数控放大器、电压比较器、PWM控制LED灯和滤波器等实验。实验系统中预留和虚拟信号分析仪配套的接口。图2为虚拟信号分析卡外观图及模拟电路实验系统中的配套接口，很多实验可以用虚拟信号分析提供测试波形，并进行信号的分析和处理。图3为虚拟信号分析仪与实验系统以及测试仪器配套使用的连接关系图。利用该实验系统开出的实验内容和手段丰富，提高了实验层次，能够激励学生学习更多先进的知识，掌握更多的实验方法。此外，利用面包板另备一些元器件，即可实现其他模拟电路综合实验，例如：温度监测及控制电路，噪声监测器，交流电压欠、过压保护电路的设计等。

4 实验系统的使用效果及体会

实验电路连接非常灵活，每个实验的电路原理图都印刷在实验板表面，增加学生的感性认识。学生可根据自己设计的实验电路图搭建电路，锻炼了学生的独立思考能力和动手能力，展现了个性。同时增加了新技术模块和新技术实验手段，推动了实验课程体系及实验内容的改革。实验系统自使用以来受到师生的肯定，因实验系统由教师制作，锻炼了青年教师的动手能力和实验调试能力，方便了维修，同时也促进了实验教学示范中心的建设。在2012年年底的部级电工电子实验教学示范中心验收时，我校自制实验设备作为一个亮点和特色展示给评委专家，得到了一致好评。

参考文献

[1] 杨宏，李国辉.走自制实验设备之路 促进实验教学改革[J].实验技术与管理，2013（1）：225-227.

[2] 汤宏群，苏广才，陆际春.自制实验设备对提升原始创新能力的作用[J].教育教学论坛，2014（7）：281-282.

[3] 卫永琴，赵洪亮.自制虚拟仪器卡在电子技术实验中的应用[J].数字技术与应用，2012（3）：81，83.