《OTL功率放大器的制作与调试》项目教学设计方案.docx
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《OTL功率放大器的制作与调试》项目教学设计方案
《OTL功率放大器的制作与调试》项目教学设计方案
一、项目教学设计所体现的教育教学理念
1．突出能力本位 将德育渗透于专业课程的教学过程中，将职业技能与职业知识有机结合，在增强学生专业能力的基础上，着力培养学生职业情感、职业态度与团队协作精神，促进良好职业素养的形成，通过对自举电路的研究性实验，激发和提高学生开展研究性学习的动机与能力，从而提高学生专业能力、方法能力和社会能力等综合职业能力与就业创业能力。
2．体现实践主线 课程实施紧紧围绕项目和任务来开展，充分体现任务引领、行为导向的项目化课程的思想。
以常用电子仪器仪表、典型电子线路为载体，按电子工艺要求展开教学，让学生在掌握电路装接与调试技能的同时，引出相关专业理论知识，使学生在技能训练过程中加深对专业知识与专业技能的理解和应用。
3．彰显以人为本 教学目标的确立将学生学习基础和课程标准有机结合；课程实施的过程符合中职学生形象思维能力强的特点，突出以教师为主导、学生为主体的教育教学理念，贯彻“做中学、练中学和干中学”的主导思想；教学效果的评价体现过程性、特质性和发展性等多元评价思想。
二、制定项目教学设计的依据
1．《国务院关于大力发展职业教育的决定》中提出：
“职业教育要坚持以就业为导向，深化职业教育改革。
”
2．《江苏省职业教育课程改革行动计划》的文件精神。
3．以江苏省教育科学研究院职业教育与终身教育研究所开发的《职业教育课程开发及项目课程设计》为技术指导。
三、项目教学设计的背景分析
《OTL功率放大器的制作与调试》项目教学设计方案是依据《新编电子技术项目教程》中的项目二任务五编写的。
在学习该内容之前，学生已经掌握了函数信号发生器、直流稳压电源、示波器、万用表、直流毫安表等仪器仪表的使用方法及在面包板上装接电子电路的工艺。
同时，学生对电压放大器的组成与工作原理也有一定的了解。
课堂教学的课时为4节，以连堂形式进行。
四、项目教学实施的设计
1．教学简案的设计
班级
0609
专 业
电类
课程
电子技术
教师
王小方
授课时间
2007.10.24上午
课题编号
2-5
课时
4节
课题
项目二
扩音机的电路安装与调试
任务五
OTL功率放大器的制作与调试
授课方式
讲授
操作演示
自主学习
研究学习
学生操作
师生互动
√
√
√
√
√
√
教
学
目
标
职业道德与情感目标
1、增强专业意识，培养良好的职业道德、职业习惯和团队协作精神；
2、通过电路制作与调试，激发学生的学习动机。
职业技能目标
1、会识别与检测元器件；
2、能完成OTL功率放大器的制作与调试。
职业知识目标
1、掌握OTL功率放大器制作与调试的工艺规范；
2、熟悉OTL功率放大器的组成，理解电路的工作原理；
3、了解自举电路的组成，理解自举电路的作用原理。
教学重点
1、OTL功率放大器的组成与工作原理；
2、OTL功率放大器的制作与调试。
教学难点
1、自举电路的作用原理；
2、OTL功率放大器的调试。
教学情境设计
电子技术项目教学室，三名学生为一组。
每组提供一套电路散件以及电路调试所用设备。
课后
阅读
1、查阅资料，了解集成功率放大器件及其应用电路；
2、预习教材，了解扩音机电路的组成与工作原理。
课后
作业
与
操作
1、OTL电路中，UG=12V，RL=8Ω，则电路的最大输出电压振幅Uom（max）=?
最大输出功率PO（max）=？
2、图2-5-17所示电路中，二极管V4的作用是什么？
RP1、PP2的作用是什么？
若UG=10V，且测得静态下的中点电位UA=5.5V,则应如何进行调整?
3、乙类OTL电路中，UG=15V，RL=8Ω，试求：
（1）电路的最大输出功率PO（max）；
（2）当ui=5V时，输出功率PO约为多大？
4、撰写OTL功率放大器的电路制作与调试报告书。
书写电路装接与调试的全过程，附上有关资料和图纸，写出心得体会。
教后记
2．授课主要内容或板书的设计
项目二扩音机电路的安装与调试
任务五OTL功率放大器的制作与调试
工作内容与步骤
1、OTL功率放大器的制作
[问题1]为什么RP2、V4支路的断开会造成功放管的热损坏？
2、电路中点电位的调整
[问题2]为什么调节RP1可实现对中点电位VA的调整？
3、电路静态工作点的调节与测量
[问题3]为什么调节RP2可克服交越失真？
【知识链接】OTL功率放大器的组成与工作原理
一、乙类输出无变压器（OTL）功率放大器
乙类OTL功放电路的最大输出功率Po（max）=UG2/（8RL），此时的能量转换效率η最高，理想值为78.５％。
由于功放管截止区与饱和区的存在，电路输出波形将产生交越失真。
二、甲乙类OTL功率放大器
偏置电路使功放管V2、V3静态下微导通，以克服交越失真。
4、自举电路作用的研究
[问题4]自举电路中的元件有哪些？
自举电路的作用是什么？
【知识链接】自举电路的作用
R4、C4构成“自举电路”。
R4为隔离电阻，将M点电压UM与UG隔开，R4阻值较小，一般远小于R3。
C4为自举电容，其电容量很大，这样可使UM紧随UA同幅变化，从而提高了电路的最大输出功率。
3．课堂教学的设计
项
目
教
学
实
施
方
案
项
目
教
学
实
施
方
案
项目教学活动一 OTL功率放大器的制作（45分钟）
教师活动
师生互动
学生活动
1、明确工作任务；
2、提出团队协作的重要性与协作方法；
3、操作演示，说明电路制作时的工艺要求；
4、强调劳动纪律与安全操作规程。
1、关于元器件识别与检测的问答；
2、学生电路制作时，教师进行巡查与答疑；
3、学生进行故障排查时，教师给予一定指导。
1、识别与检测元器件；
2、根据所给的OTL功率放大器电路图（学案中的图2-5-17）画出装配图（学案中的图2-5-18）；
3、按装配图装接OTL功率放大器；
4、接通电源，判断电路是否存在损坏性故障，若存在故障，进行故障排查；
5、思考与小组讨论，回答学案中的问题1。
活动目标
1、增强专业意识，培养良好的职业道德、职业习惯与团队协作精神,促进良好职业素养的形成；
2、通过电路制作，激发学生的学习动机；
3、会识别与检测元器件；
4、感知OTL功率放大器的电路组成。
项目教学活动二 OTL功率放大器的调试（45分钟）
教师活动
师生互动
学生活动
1、明确工作任务；
2、提示电路调试时的注意事项。
1、关于仪器仪表使用的问答；
2、学生进行电路调试时，教师进行巡查与答疑。
1、调节RP1，以实现中点电位VA的调整；
2、思考、自习学案中的知识链接，开展小组讨论，回答学案中的问题2；
3、调节RP2，消除交越失真，以实现静态工作点的调节；
4、思考、自习学案中的知识链接，开展小组讨论，回答学案中的问题3；
5、测量电路的静态工作点，记入学案中的表2-5-2。
活动目标
1、通过电路调试，促进团队协作能力的形成，激发学生学习OTL功率放大器工作原理的兴趣；
2、通过对问题2与问题3的解答，促进自主性学习能力的养成；
3、会正确使用双踪示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、万用表以及直流毫安表；
4、能完成OTL功率放大器的调试。
项目教学活动三 OTL功率放大器的组成与工作原理（45分钟）
教师活动
师生互动
学生活动
1、介绍乙类OTL功率放大器的组成；
2、讲解乙类OTL功率放大器的工作原理；
3、讲解乙类OTL功率放大器中交越失真的形成（借助教学课件说明）；
4、介绍甲乙类OTL功率放大器的组成；
5、讲解甲乙类OTL功率放大器的工作原理。
1、学生提问与教师答疑；
2、关于问题2、问题3解答的师生互动。
1、进一步认知OTL功率放大器的组成与工作特点；
2、认知交越失真的产生根源与消除措施；
3、认知调节中点电位的重要性与调节方法。
活动目标
1、熟悉OTL功率放大器的组成与工作特点，理解电路的工作原理；
2、理解甲乙类功放中偏置电路的作用；
3、掌握甲乙类OTL功率放大器静态工作点的调节方法；
4、掌握甲乙类OTL功率放大器中点电位的调节方法。
项目教学活动四 自举电路的研究（45分钟）
教师活动
师生互动
学生活动
1、明确实验任务；
2、提示实验时的注意事项；
3、介绍自举电路的结构；
4、讲解自举电路的作用原理。
1、学生提问与教师答疑；
2、关于问题4解答的师生互动。
1、开展自举电路的研究性实验，将实验现象填入学案中的表2-5-3；
2、思考、自习学案中的知识链接，开展小组讨论，回答学案中的问题4；
3、感知自举电路的结构，分析自举电路的作用原理。
活动目标
1、通过实验，激发学生的研究性学习动机；
2、通过对问题4的解答，促进自主性学习能力的养成；
3、了解自举电路的组成，理解自举电路的作用原理。
4．学案设计
项目二扩音机电路的安装与调试
任务五OTL功率放大器的制作与调试
班级：
0609 姓名：
一、工作任务单
序号
任务内容
1
根据图2-5-17，在面包板上制作一个带有前置放大级的OTL功率放大器
2
完成电路中点电位的调整
3
完成电路静态工作点的调节与测量
4
对自举电路的作用进行研究
图2-5-17带有前置放大级的OTL功率放大器
二、实训设备
1、电路元件清单 见表2-5-1所示
表2-5-1 带有前置放大级的OTL功率放大器元件清单
序号
位号
名称
数量
规格
序号
位号
名称
数量
规格
1
V1
三极管
1只
3DG6
8
R1
电阻
1个
2.4kΩ
2
V2
三极管
1只
3DG12
9
R2
电阻
1个
3.3kΩ
3
V3
三极管
1只
3CG12
10
R3
电阻
1个
680 Ω
4
V4
二极管
1只
1N4007
11
R4、R5
电阻
2个
100 Ω
5
C1
电解电容
1个
10μF
12
RL
扬声器
1个
8 Ω
6
C2
电解电容
1个
1000μF
13
RP1、RP2
电位器
2个
1kΩ
7
C3、C4
电解电容
2个
100μF
14
UG
直流电源
1个
5V
2、电路调试所用仪器 直流稳压电源1台；双踪示波器1台；函数信号发生器1台；万用表及直流毫安表各1块。
三、工作内容与步骤
1、OTL功率放大器的制作
（1）识别、清点与检测元器件。
若有元器件短缺或损坏，请说明情况。
（2）根据图2-5-17，在图2-5-18的空白处画出电路的装配图，然后按装配图进行电路装接。
RP1置中间，RP2置零。
＋5V
GND
图2-5-18带有前置放大级的OTL功率放大器的装配图
[电路制作时的注意事项]
a、要按工艺要求安装电子元器件，插件装配的工艺要求：
美观、均匀、端正、整齐，高低有序，无跨越，不能歪斜；
b、电解电容、二极管、三极管的电极不能接错，以免损坏元器件；
c、电路装接好之后，才可通电，也不能带电改装电路；
d、一定要避免出现通电下，二极管支路的断开现象，以防功放管因过热而损坏。
（3）接通+5V电源，用手触摸功放管V2与V3，若管子温升显著，说明电路存在故障，应立即关闭电源进行故障排查，并记录如下：
故障现象及排除过程：
。
[问题1] 为什么RP2、V4支路的断开会造成功放管的热损坏？
答：
2、电路中点电位的调整
调节RP1，测量中点A的静态电位VA，使其等于2.5V。
[问题2] 为什么调节RP1可实现对中点电位VA的调整？
答：
3、电路静态工作点的调节与测量
接入1kHz的正弦信号，缓慢增大Ui，用示波器监测uo波形的交越失真。
调节RP2，直至交越失真刚好消除。
记录毫安表读数，测量三极管各极对地电压，填入表2-5-2。
计算各三极管的静态工作点ICQ、UBEQ、UCEQ，填入表2-5-2。
表2-5-2OTL功放的静态工作点实测数据（VA=2.5V）
三极管
VB（V）
VE（V）
VC（V）
ICQ（mA）
UBEQ（V）
UCEQ（V）
V1管
V2管
V3管
[问题3] 为什么调节RP2可克服交越失真？
答：
【知识链接】OTL功率放大器的组成与工作原理
一、乙类输出无变压器（outputtransformerless简记OTL）功率放大器
图2-5-14所示乙类OTL功放电路，V1与V2为互补对称管，故这种电路也是互补对称电路。
由于电路结构上的对称性，静态下A、B对地电压均为UG/2，C1、C2端电压UC1=UC2=UG/2。
因此，输出耦合电容又相当于一个UG/2的直流电源。
图中的A点又称中点。
图2-5-14 乙类OTL功放
当电路输入正弦信号，且ui>0时，功放管V１导通、V２截止，电路为射极输出器，uＯ≈ui，uＯ输出正半周，其振幅最多可达UＧ/2，；ui<0时，V１截止，V２导通，uＯ≈ui，uo输入负半周，振幅最多可达UG/2。
当Uom＝UG/2时，电路的输出功率最大，Po（max）=UG2/（8RL），此时的能量转换效率η最高，理想值为78.５％。
乙类OTL功放的理想电压传输特性曲线如图2-5-11所示。
但实际上，由于功放管截止区与饱和区的存在，电路电压传输特性曲线大致如图2-5-12（a）所示。
那么，当电路输入正弦信号时，其输出波形将产生交越失真，如图2-5-12（c）所示。
二、甲乙类OTL功率放大器
图2-5-15为带有前置放大级的甲乙类OTL典型电路，前置放大级为共射放大器，且采用分压式偏置电路,它具有一定的电压与电流放大能力，这样，整个电路就具有较大的功率增益。
同时，通过调节RP可实现静态下中点对地电压UA的调整，原理如下：
RP↑→UB1↓→IE1↓→IC1Q↓→IR3（=IC1Q）↓→UB2（=UG-R4IR3-R3IR3）↑→UA（=UB2-UBE2）↑
同理，调小RP，将使中点电压UA下降。
二极管V4、V5为功放电路提供较小的静态偏置，使功放管V2、V3静态下微导通，以克服交越失真。
若将V4或V5替换为一个可调电阻，则可调节功放管静态下的导通深度。
图2-5-15带有前置放大级的甲乙类OTL功放
4、自举电路作用的研究
逐渐调大信号源的输出电压Ui，直至功放输出最大不失真电压。
记录uo波形填入表2-5-3。
断开直流电源与信号源,取走自举电容C4、短路隔离电阻R4，然后再接通直流电源和信号源，记录uo波形，比较有无自举电路两种情况下扬声器音量高低，记入表2-5-3。
表2-5-3研究自举电路作用的测试结果
有自举电路
无自举电路
uo波形
扬声器音量
[问题4]自举电路中的元件有哪些？
自举电路的作用是什么？
答：
【知识链接】自举电路的作用
图2-5-15中的R4、C4构成“自举电路”。
R4为隔离电阻，将M点电压UM与UG隔开，R4阻值较小，一般远小于R3。
C4为自举电容，其电容量很大，这样可使UM紧随UA同幅变化。
下面简要说明自举电路的工作原理。
如果没有自举电路，功放正半周输出（此时ui应为负半周，因为前置放大级为共射电路，有反相作用）时的简化电路如图2-5-16所示。
该电路的工作，将在R3上形成一定的压降uR3=R3iR3,同时V2管发射结也会有一部分的压降uBE2，这样就造成了uA远不能达到UG。
也就是说，该电路正半周输出的振幅较小，远不能达到UG/2，电路的功率输出也就比较小。
加上自举电路后，由于R4较小，故静态下UM≈UG。
电路正半周输出时，由于大电容C4的作用，可使uM随uA同幅上升（uM的升幅刚好弥补了这一过程中的uR3和uBE2的压降），当uA由UG/2升至UG时，uM同时由UG升到达3UG/2。
由此可见，自举电路提高了正半周输出的振幅，使其最多可达UG/2。
图2-5-16没有自举电的正半周输出等效简图
[课后作业]
1、OTL电路中，UG=12V，RL=8Ω，则电路的最大输出电压振幅Uom（max）=?
最大输出功率PO（max）=？
2、图2-5-17所示电路中，二极管V4的作用是什么？
RP1、PP2的作用是什么？
若UG=10V，且测得静态下的中点电位UA=5.5V,则应如何进行调整?
3、乙类OTL电路中，UG=15V，RL=8Ω，试求：
（1）电路的最大输出功率PO（max）；
（2）当ui=5 V时，输出功率PO约为多大？
4、撰写OTL功率放大器的电路制作与调试报告书。
书写电路装接与调试的全过程，附上有关资料和图纸，写出心得体会。
五、课程评价体系的设计
1．课程评价的内容与原则
（1）课程评价的内容 包括基本知识、基本技能、应用能力以及综合应用能力这四个方面，下面分别说明。
①基本知识的测评：
基本知识测评是对静态工作点、交越失真以及自举电路等常识性内容掌握情况的评估。
②基本技能的测评：
基本技能测评是对学生进行元器件检测、功放电路的装接与调试等方面技能熟练程度的评价。
因此，测评的重点应放在操作的定型化方面，即测定学生操作的速度、规范性及正确率。
通过一个过程的测评，激励学生提高操作技能，实现评价的激励功能。
③应用能力的测评：
应用能力测评是评估学生运用所学到的知识、技能解决实际问题的能力，具体体现在：
静态工作点的测量与调整；中点电位的调节。
④综合应用能力的测评：
专业教学的核心目标是培养学生故障分析能力以及综合运用知识、技能排除故障的能力。
综合测评是激励学生自觉运用技术、技能解决实际问题，提高实践能力的有效手段。
（2）课程评价的原则 课程评价要关注学生的进步与职业素养的形成，将过程性评价与结果性评价有机结合起来，遵循如下原则：
评价主体的多样化；评价标准的多元化；评价方法的多样化。
①评价主体的多样化：
强调评价主体的多样化和评价信息的多元化，重视自评和互评的作用，评价的主体可以是教师，也可以是学生（自评、互评）。
②评价标准的多元化：
关注学生个人进步的形成性评价，重视对学生职业素养形成的过程性评价。
③评价方法的多样化：
把量化评价与质的评价结合起来，采用多种评价方法，包括书面测试、技能测试、电路制作与调试报告的撰写等各种形式的课程评价方法。
2．课程评价体系的建构
依据课程标准拟定基本知识、基本技能、应用能力以及综合应用能力等评价指标所对应的评价内容，分别给出对应的评价标准。
同时，根据课程评价体系的构建必须体现多样化的要求，所有评价指标逐一确定评价主体与评价形式。
所构建的项目教学评价表见表2-5-4。
表2-5-4OTL功率放大器的制作与调试项目评价表
项目
内容
配分
考核要求
扣分标准
评价主体
得分
教师
学生
自评
互评
实训态度
1、实训的积极性；
2、安全操作规程的遵守情况；
3、纪律遵守情况。
30分
积极参加实训，遵守安全操作规程和劳动纪律，有良好的职业态度、协作精神和敬业精神。
违反安全操作规程扣30分，其余不达要求酌情扣分。
元器件的识别与检测
1、识别元器件；
2、用万表检测元器件。
10分
能正确识别元器件；会用万用表检测元器件。
不能识别元器件，每个扣1分；不会检测元器件，每个扣1分。
电路的制作
按原理图装接电路
20分
电路装接符合工艺规范；布局合理；走线美观。
装接不规范，每处扣1分；电路接错，每处扣5分；布局不合理，走线不美观，酌情扣分。
电路的调试
1、中点电位的调整；
2、静态工作点的调节与测量；
3、自举电路的研究。
40分
会调整中点电位；会调节静态工作点，以消除交越失真；会测量静态工作点；会分析自举电路的作用
中点电位调整不合理，扣10分；静态工作点调节不当，扣10分；静态工作点测量与处理错误，每次扣2分；自举电路分析错误，扣10分。
合计
100分
注：
各项配分扣完为止
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