电工电子技术基础实验是电子与通信工程学科人才培养体系中的核心实践环节,它不仅是理论知识的验证场,更是创新思维与工程能力的孵化器。本教程旨在构建一套系统、前沿且深度契合通讯工程专业需求的精品实验课程体系,为培养高素质工程技术人才奠定坚实基础。
一、 实验课程的定位与目标
本课程定位为连接《电路分析》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》等理论课程与《通信原理》、《高频电子线路》、《移动通信》等专业课程的桥梁。其核心目标有三:
- 深化理解:通过动手实践,使学生深刻理解电阻、电容、电感、晶体管、运算放大器、数字集成电路等基本元器件的特性与电路工作原理,夯实电子技术基础。
- 掌握技能:系统训练学生使用万用表、示波器、信号发生器、频谱分析仪等现代电子测量仪器的能力,熟练掌握电路焊接、调试、故障排查等基本工程技能。
- 培养素养:初步建立通信系统概念,通过设计性、综合性实验,培养学生严谨的科学态度、系统的工程思维以及解决复杂工程问题的初步能力,为后续通讯专业课程的学习和研发工作做好准备。
二、 实验内容体系设计
实验内容遵循“基础-综合-创新”的递进原则,紧密围绕通讯工程背景展开:
第一阶段:基础验证性实验
此阶段聚焦基本定律与单元电路。
- 电路基础部分:包含基尔霍夫定律、戴维南定理验证,RC/LC谐振电路特性研究,一阶动态电路响应测试等。
- 模拟电子部分:涵盖二极管整流与稳压电路、单管共射放大电路、差动放大电路、集成运放线性与非线性应用电路(如滤波器、电压比较器)的调试与性能测试。
- 数字电子部分:包括门电路功能测试,组合逻辑电路(编码器、译码器)与时序逻辑电路(触发器、计数器)的设计与实现,以及A/D、D/A转换器实验。
第二阶段:综合设计性实验
此阶段强调知识融合与系统构建,引入通信系统初级模块。
- 模拟通信模块:设计制作小功率音频放大系统、LC正弦波振荡器、振幅调制(AM)与解调电路、锁相环(PLL)频率合成实验。
- 数字通信模块:实现数字基带信号编码(如AMI、HDB3)、FSK/PSK调制解调电路、基于FPGA的简单通信协议帧结构设计。
- 混合系统实验:如基于单片机的简易信号发生器设计、传感器信号采集与无线发送(模拟蓝牙或Zigbee模块)系统实验。
第三阶段:研究创新性实验
此阶段面向学有余力的学生,以项目式开展。
- 软件定义无线电(SDR)入门:利用USRP或ADALM-PLUTO等平台,在LabVIEW或GNU Radio环境中,完成信号捕获、频谱分析及简单的数字调制解调。
- 通信系统仿真与硬件实现:使用MATLAB/Simulink或ADS进行通信链路仿真,并将关键模块(如升余弦滤波器、载波恢复环路)用硬件电路予以实现和验证。
- 物联网节点硬件设计:完成一个集传感、微处理器控制、低功耗无线通信于一体的简单物联网终端原型开发。
三、 教学方法与特色
- 虚实结合:引入Multisim、PSpice、Proteus等仿真软件,构建“虚拟仿真预习 → 实物操作验证 → 故障分析深化”的三步教学法,提高效率与安全性。
- 项目驱动:以小型通信系统项目(如对讲机、无线环境监测站)贯穿部分实验,强化系统观和工程实践连续性。
- 开放自主:实验室提供开放时段与基础元件库,鼓励学生自主选题,完成从方案设计、器件选型到调试测试的全过程。
- 前沿融合:实验内容适时融入5G关键技术与物联网应用场景,激发学生兴趣,对接产业前沿。
四、 考核与评价体系
建立多元化、过程性的考核机制:
- 平时成绩(40%):包含预习报告、实验操作规范性、数据记录真实性、团队协作表现。
- 实验报告(30%):重点考核数据分析能力、原理阐述深度及问题讨论质量。
- 综合设计考核(30%):期末给定设计任务,现场完成方案设计、电路实现与功能演示,全面评估综合能力。
《电工电子技术基础实验》作为通讯工程专业的基石课程,其质量直接关系到后续专业学习的深度与广度。本精品教程通过精心设计的实验内容、先进的教学方法和科学的评价体系,致力于将学生从被动的知识接受者,转变为主动的探索者和创新的实践者,为其在未来通信技术浪潮中乘风破浪装备核心技能与思维引擎。