模拟电子技术基础课程中的技术思想与方法及其教育价值

摘  要：技术类课程中蕴含诸多不同层面的的技术思想和方法，目前教学中尚未引起广大师生的重视，导致学生技术理解和应用的能力不强、技术素养不高。运用列举、归纳、综合的方法对模拟电子技术基础中蕴含的诸多不同层面的模拟电子技术思想和方法进行挖掘和分类概述，对教育价值进行分析。研究表明这些技术思想和方法是模拟电子技术基础的重要内容，是学生深入认识和理解、掌握和运用模拟电子技术的关键。积极挖掘并有效融入教学过程，可以提高学生模拟电子技术理解和应用能力，提升技术素养。

关键词：模拟电子技术；技术思想和方法；电子器件；放大电路；电路分析和设计

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）15-0097-07

Abstract： Technical courses contain many technical ideas and methods at different levels， and at present， they have not attracted the attention of teachers and students in teaching， resulting in students' ability of technical understanding and application is not strong， and the technical literacy is not high. This paper uses the method of listing， induction and synthesis to excavate and classify the ideas and methods of analog electronic technology of many different levels contained in Foundation of Analog Electronic Technology， and analyzes the value of education. The research shows that these technical ideas and methods are the important content of Foundation of Analog Electronic Technology， and are the key for students to deeply understand， master and apply analog electronic technology. The study actively explores and effectively integrates into the teaching process， which can improve students' ability to understand and apply simulation electronic technology， and improve their technical literacy.

Keywords： Foundation of Analog Electronic Technology; technological ideas and methods; electron device; amplifier circuit; circuit analysis and designs

模拟电子技术基础（以下简称“模电”）作为一门重要的专业技术基础课，介绍了主要模拟器件的内部结构、工作机理及外特性，主要模拟电路的构成、工作原理、分析和设计的方法[1]。课程内容丰富，前后联系紧密，那些看似枯燥的结构、机理、方法中蕴含着诸多不同层面的技术思想和方法。这些技术思想和方法揭示了模拟电子技术的本质，揭露了模拟电子技术学习的规律，体现了模拟电子技术的思维特点，是模电教学的精髓，是理解和应用模拟电子技术的关键。

一  哲学层面的技术思想和方法

哲学层面的技术思想和方法主要源自模拟电子技术的本质与特征，蕴含在模拟器件、模拟电路的组成结构、工作机理及外特性中，抽象概括程度非常高，具有世界观或方法论涵义，对人们认识和理解、分析和解决模拟电子技术问题起宏观指导的作用。

（一）  现象和本质

本质是事物的根本性质，是构成事物诸要素之间的内在联系，决定事物性质和发展趋向，现象是事物的外部联系和表面特征，是事物本质的外在表现[2]。模电中，现象和本质的思想和方法体现在对器件内部结构、工作机理、性能参数的认识，对电路结构形式、性能指标、功能实现复杂多样的理解等方面。如对二极管单向导电性的认识，二极管内部特殊PN结结构是其单向导电性的内在根本，正偏导通、反偏截止只是单向导电性的外在表现；对晶体三极管电流放大作用的认识，从现象上看给三极管提供合适的静态偏置电压即可实现正常的电流放大，但电流放大作用的内在根本是三极管特殊的内部结构及构成材料；放大电路实现对微小变化输入信号的放大，其本质是实现了能量的控制和转换，将电路中直流电源的能量转换成被放大输出信号增加的能量；从现象上看，同一放大电路对不同频率输入信号的放大存在差异，环境温度变化时放大能力也会发生变化，根本原因是三极管电容效应的存在及温度变化引起参数的改变；模拟电子电路形式复杂多变，但深入分析会发现，任何复杂的电路本质上都是由若干基本电路按照一定的规律组成的，抓住模拟电路的实质，掌握关键的基本电路，任何复杂电路都可迎刃而解。现象和本质的思想和方法启示我们对模拟电子技术的认识不能停留在只看现象的表面，必须通过对纷繁复杂现象的分析达到对其本质的认识，通过科学研究揭示其本质，把握住了不变的本质后，再来认识多变的现象就容易多了。深入分析现象，透过现象探究机理、达到对本质规律的认识，掌握规律并应用规律，就能真正认识、理解、掌握模拟电子技术。

（二）  内因和外因

内因是事物发展变化的根本，外因是事物发展变化的条件，外因通过内因而起作用[3]。模拟电子技术中，电子器件、电子电路的性能表现、功能实现无不体现内、外因相互作用的原理，如晶体三极管（场效应管）电流放大就是内、外因相互作用的集中体现。三极管内部结构及材料掺杂浓度等工艺因素是其电流放大作用的内在根本，是内因，起决定作用；具有合适的静态偏置电压提供合适的静态工作点，是三极管电流放大作用的外在条件，是外因，两者具备，三极管才能正常放大。

（三）  共性和个性

共性即事物的普遍性，个性即事物的特殊性，共性决定事物的基本性质，个性揭示事物之间的差异性，两者互相交融，辩证统一，不可分割[2]。模电中，共性和个性的思想和方法体现在器件的内部结构和电路的组成结构、性能表现、功能实现等方面。如晶体二极管都是由半导体材料制成，具有单向导电性，但半导体材料、结构、制作工艺的细微差别，会造就整流、稳压、限幅等不同种类、不同功能的二极管，即便是相同应用领域的二极管，工作电流、击穿电压、工作频率和耗散功率等参数也会不一样[4]。三极管和场效应管同为放大器件，实现电流放大，但两者的结构和工作原理不一样。三极管是电流控制器件，场效应管是电压控制器件，后者工作效率较高，受温度影响较小，容易集成，应用更广。基本放大电路有共射、共集、共基（或共源、共栅、共漏）三种基本组态，不同组态基本电路的工作原理、分析方法相通，但主要性能指标各有特点，都有其适合的条件和场合[5]。比例、加法、减法、积分和微分等模拟运算电路都是由运算放大器基于理想运放“虚短”和“虚断”的特征，通过调节负反馈深度组成的，但实现的运算功能不一样。共性和个性的思想和方法启示我们，对模拟电子技术的认识、技术问题的处理，不但要关注器件、电路的共性，尤其要研究其个性，务必掌握共性和个性这两个方面的相互联结，才能有深刻而全面的认识和恰当的处理。

（四）  结构和功能

结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列，结构是性能、功能的基础，决定事物的性能发挥、功能实现，性能、功能是结构的表现。在模拟电子技术中，电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管、晶振和集成运放等电子元器件组成结构是不相同的，各自的性能及能实现的电路功能不一样。如电阻分压限流，而三极管、场效应管实现电流放大。同一种元器件也存在不同材料和结构及制作工艺的差别，实现不同的功能，如二极管中点接触型结面积小，结电容小，用于高频检波和小电流整流，面接触型结面积大，结电容大，用于工频大电流整流，相同应用领域的二极管工作电流、击穿电压等具体参数也千差万别[4]。由晶体三极管构成的基本放大电路有共射、共集、共基三种组态，共射放大电路能很好地放大电压和电流；共集放大电路只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用；共基放大电路只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用[6]。集成运放是一种高增益、高输入、高输出电阻的直接耦合放大器，当利用负反馈技术、外接不同的线性反馈元件时，可构成比例、加法、减法、积分和微分等实现完全不一样功能的运算电路。总之，掌握了结构和性能、功能的思想和方法，就能更好地理解模拟电子技术中电子器件、电子电路组成结构的复杂性、性能指标功能实现的多样性。

（五）  整体和部分

模拟电子技术中，一个实用的电子电路或系统都是由若干元器件或基本单元电路组成、实现一定功能的有机整体，电路组成结构、整体功能的实现、各组成部分作用的发挥充分体现了整体和部分的辩证思想。如正弦波振荡器由放大电路、选频网络、反馈网络和稳幅环节四个部分组成，分别完成起振、选频、放大和稳幅功能，协调配合实现一定频率、幅度的正弦信号输出这一整体功能[7]。集成运算放大器中，输入级选用差分放大电路，有效抑制零点漂移和共模干扰，中间级采用共射放大电路，以获得足够高的电压增益，对信号进行有效放大，输出级采用互补对称输出电路，以获得最大不失真输出电压和最强的带负载能力。同时，采用电流源电路设置各级放大电路的静态工作点，确保各级电路工作的稳定[5]，多方协同发挥自身作用，保证信号不失真放大这一整体功能的实现。电路的设计也是从整体基本设计要求出发，到各部分作用的发挥，再回到整体基本设计要求的实现。如设计放大电路，需要知道输入电阻、输出电阻、电压放大倍数等基本设计要求，然后根据基本设计要求考虑电路的组成结构。如要求较高的输入电阻，往往需要采用场效应管放大电路；如果输出电阻要求较低，通常要采用电压跟随器电路；而较高的电压放大倍数则需要采用多级共发射级放大电路级联或者采用共发射级有源负载放大电路。教学中，应立足整体，把握电路总体性能发挥和功能实现，同时，统顾全局，重视各组成部分的作用，重视关键部分对整体的影响及决定作用，搞好局部，用局部的优化推动整体的完善，实现整体最优目标。

（六）  对立和统一

模拟电子技术中，电子电路各方面的性能、功能相互联系、相互制约，通常在采取某种措施改善电路某一性能时，会影响到其他性能。如放大电路中引入负反馈，加大反馈深度，可提高增益稳定性、减小非线性失真、展宽频带、改善输入输出电阻[8]，但也会降低增益，甚至产生自激。多级放大电路中，放大倍数和带宽的乘积是常数，经放大，信号的幅值得到明显改善，但同时频带宽度变窄，频率响应变差[9]。减小集电极电流，可降低直流电源的损耗，提高甲类功率放大电路的效率，但同时电路的输出会伴随严重的截止失真。这些相互制约、相互影响的问题深刻反映了事物运动中对立与统一的基本规律，体现了凡事“有一利，必有一弊”，这在模拟电子技术中也不例外。教学中，我们要用对立统一的思想和方法、用矛盾的观点来辩证地看待电子电路性能的这种相互影响和制约，洞悉“有一利，必有一弊”，坚持问题导向、强化问题意识，抓住主要矛盾、把握矛盾主要方面，在解决矛盾的过程中深入理解模拟电子技术的本质。