一种基于通用面包板的教学模式应用

袁艺丹

摘要：学习通用面包板的使用是培养理工科学生掌握电子设计与制作的基础性课程，针对高等院校学生开设该课程有利于进一步提高学生的动手能力及分析解决问题能力。该文借助测试仪器晶体管测试仪和示波器，和仿真软件Multisim等实验教学中的辅助仪器，以一种能发出高低两音色的门铃电路为例，力图拓展学生在电子设计中的实践分析能力，极大改善传统的教学模式。

关键词：面包板；电子设计；实验教学

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）22-0152-02

1 概述

面包板是一种多用途的万能实验板，可以将小功率的常规电子元器件直接插入，搭接出各式各样的实验电路，由于元器件可以反复插接、重复使用，便于电路调试、元件调换，因此面包板非常适合初学电子技术者使用。在传统教学中，学生只需要根据给出的电路图将分立器件和导线进行连接，接入电源即可，学生并没有太多机会去思考为什么要这样设计电路，每个元器件有什么作用。因此考虑将实验新增内容，充分发挥学生的创新联想精神，让他们在实验过程中的各种技能得到锻炼。改善后的课程内容将遵循：识图→元器件辨识→Multisim仿真→电路实现→示波器测试，五步流程进行教学，用多元化的教学手段培养学生的独立思考能力。

2 教学内容

1）识图

对于原理图的解读是电子设计的先决条件，只有在理解整体电路功能和结构后，才能顺利在后期对于组装电路过程中的突发问题进行适当的测试和调解。

电路原理图中是一个能发出高、低两种音色的门铃，如图1所示。三极管VT1、VT2及外围元件等组成无稳态自激多谐振荡器，VT3、VT4则构成互补型音频振荡器，当按下S1时，两个振荡器同时通电工作，VT1与VT2就交替的导通与截止，由于R4阻值较小，相当于把电阻R5的左端交替接到电源的正极与负极端。当VT2截止时，VT3的基集偏置电阻为R6和R4+R5的并联值，它和电容C3的时间常数较小，所以由VT3、VT4构成的音频振荡器振荡频率较高，扬声器BP的发声音调也随之较高；当VT2导通时，VT3的上偏置电阻为R6，这时R5充当VT3的下偏置电阻，此时音频振荡器的振荡频率较低，扬声器BP发出的声音调随之较低。当VT2间隔导通与截止时，扬声器BP就会发出“叮咚、叮咚”双音声。C4是并联在电源两端的退耦电容，防止电路通过电池回路产生反馈，提高电路的稳定性。

2）元器件分析

理解电路原理图后，接下来就需要对每个元器件的特性进行了解。所需识别的元器件包括电阻，电容（电解电容、瓷介电容），三极管（NPN，PNP）。

首先是对于电容的区分。（1）瓷介电容使用高介电常数的陶瓷材料挤压成圆片作为介质，并用烧渗方式将银镀在陶瓷上作为电极并通过引脚引出，瓷介电容有两个管脚，不区分极性。它的优点是性能稳定，体积小，分布参数影响小，适用于高稳定的振荡电路中。其缺点是电容的容量偏差会大一些，容量也较小。本电路中用到的瓷介电容有104字样，表示该瓷介电容的容量就是100000，单位pF。（2）电解电容在电路中的使用量非常大，应用十分广泛。电解电容有2个管脚，长管脚表示正极，短管脚表示负极。

晶体管的输出特性曲线是描述晶体管各级的输出电压与输出电流关系的曲线，也叫做安特性曲线，它是晶体管内部微观现象的外部表现。了解晶体管的输出特性曲线对于了解晶体管性能和晶体管电路分析是非常必要的途径。为了帮助学生进一步学习晶体管特性，绘制输出特性曲线十分必要，一般可以借助EDA仿真软件Multisim电子工作平台搭建测试电路进行仿真，或者更加直观的方法是利用晶体管测试仪直接进行测试。

3）Multisim仿真

Multisim是一个以Windows为基础的仿真软件，非常适合电路设计和分析的初学者使用。Multisim提供了一种易于新的电路实验教学环境及方式，教学者可以利用这种全交互式仿真器，通过仿真实现电路功能而无需担心繁复的理论分析。这样的教学模式可以让学生专注于电路结构和功能实现，而不用为搭建电路中的实验环境而担心。利用Multisim学生可以任意改变连线方式或者替换元器件，修改数值，然后实时读取虚拟示波器中的结果，通过这样的探索可以巩固他们在课堂的理论知识，也可以创新性的改变电路结构，设计新的电路以实现功能。

4）电路实现及测试

基于面包板进行电路连接时值得关注的是面包板的结构。初学者可以揭开面包板背后的保护膜进行观察，发现实验板上的插孔都被分组，组与组的插孔之间从电学上互不相通，而每一组的插孔内部都有导线互连，这些金属连线都是在面包板背面走线，由保护膜进行隔离保护。在清楚查看面包板背后的金属走线后，也就了解面包板的插孔之间的关系。要注意的是实验面包板水平放置后，板上最上端和最下端各有一排插孔，分别标注为“X”“Y”，一般讲“X”定义为电源正极，“Y” 定义为电源负极。连接电路时最好采用不同颜色的导线，以便于后期连接器件过程中发现问题便于排查。该电路中的3V直流电源可以用直流稳压电源来供电。在实现电路功能后有针对性的对于模块电路进行测试，比如电路中较难理解的无稳态自激多谐振荡器，可以利用常见的测试仪器示波器。电路实现结果如图2所示。

3 结语

融入更多仿真和测试方法后的电子设计课程将教学课题的理论知识和实践技能有机地结合在一起，克服了传统教学中只注重理论，不注重实践的瓶颈问题，有利于培养学生分析和解决问题的综合能力，有效地调动学生在课堂里的创新性和主观能动性，充分利用实验室资源来延展实验内容，扩展学生知识范围，使电子设计更加生动有趣。