《电子线路》教材第四版修订中几个问题的探讨

《电子线路》教材第四版修订中几个问题的探讨

谢嘉奎

（东南大学信息科学与工程学院，江苏南京，210096）

【摘要】　简要回顾了前三版教材的修订情况，重点介绍了第四版教材的修订背景、思路和内容处理。

【关键词】　电子线路　背景　思路

《电子线路》教材自1979年出版以来，已经过三次修订，目前，第四版已正式出版。本文将着重介绍第四版教材的修订思路和内容处理的有关问题。为了便于了解，下面先简单回顾本教材的演变过程。

1．对第一至三版的回顾

（1）第一版

《电子线路》教材第一版于1979年分五册出版，共150万字，同时配套出版了《习题集》和《实验指导书》。这本教材是根据1977年制订的“全国无线电技术专业类教学计划”编写的。电子线路是“文革”以后提出并开设的一门新课，它涵盖了原电离子器件、无线电技术基础（非线性部分）、放大与整流设备、无线电接收设备、无线电发送设备五门课程的内容。我们编写这本教材时提出了以下思路：

①教材的基本要求应是使学生掌握电子器件的工作原理、特性和等效电路；掌握放大、功率和频率变换等各种功能电路的组成原理、性能特点、电路改进；掌握非线性电路的各种近似分析方法。

②在体系上，不应是原五门课程的简单叠加，也不应是以分析方法为主线的理论性体系，而应对原五门课程内容进行整合和提炼，建立以组成各种设备的功能电路为主线按分析方法归类的教材体系。这种体系超越了设备的限制，突出了各种设备的共性内容，融合了非线性电路的各种近似分析方法。

③在内容上，应从电子管电路转向晶体管电路和集成电路。这本教材的内容十分丰富翔实，体系又比较合理，但由于参编人员众多，各人的风格不尽相同，各章内容取材不臻合理，篇幅过于庞大，每章又未能附有习题，给教学带来了诸多不便。

（2）第二版

1980年，全国电子线路教材编审小组成立，修订了“电子线路课程教学大纲”，规定“教学时数由300缩减为200，同时，为便于教学安排，建议将电子线路划分成二门课程，如何划分不作规定”。

根据新的教学大纲，我们本着强干削枝、精选内容、便于教学的原则进行了全面修订，按器件工作特性和电路分析方法分成《电子线路（线性部分）》和《电子线路（非线性部分）》两本既相互配套又相对独立的教材，总篇幅压缩到90万字，于1984年由高等教育出版社出版。与第一版比较，除教材体系更趋合理，每章配有习题外，在内容取材和处理上，最突出的变化是：

①用共价键模型定性讨论半导体器件物理，删除比较深奥的能级能带的内容；

②鉴于混合π型等效电路的物理概念清晰，适用频率范围宽，用它取代H参数等效电路，作为分析放大器的基本器件模型；

③采用复频域分析方法讨论放大器的频率响应，并用近似波特图进行稳定性的工程估算；

④采用理想反馈模型（又称折环法）讨论反馈放大器性能；

⑤举一反三，在讨论调制、解调、混频等频率变换电路时，首先通过分析信号特性提出模型和实现方法，而后再介绍实现电路及其性能特点。教学实践证明，上述几块内容处理的思路是符合实际的，已被大家广泛接受。

（3）第三版

随着教学改革的深入，“电子线路”课程教学时数进一步被压缩（由200压缩到150左右），亟需一本与学时数相适应的教材；同时，集成电路（尤其MOS集成电路）的发展十分迅速，许多用分立元件实现的功能电路都可由集成电路取代。在此情况下，国家教委电子线路课程教学指导小组修订了教学基本要求。我们根据这个要求，对本教材进行了第二次修订，篇幅压缩到70万字，于1988年出版了第三版。

与第二版比较，器件物理和分立元件电路都有较大删减，而MOS管及其电路则有所加强。但同时也出现部分内容过于浓缩的弊端，不便于教学。回顾前两次教材的修订可以看到，电子线路教材的变革始终是与教学改革的深入和技术的发展同步进行的。同时，在教材内容的取材处理上尽量做到精雕细刻，精益求精，加强科学性。

2．第四版教材修订的背景

进入90年代以后，提出了一个问题：面向21世纪，教学改革如何深入？为了回答这个问题，我们对电子技术的发展和国内外教材的变革进行了广泛的调查研究，获得了以下的认识：

（1）集成电路不断发展

在通信、电子信息系统广泛应用的推动下，集成工艺的尺寸不断缩小，并产生了许多高速集成工艺（双极型互补工艺、异质结工艺、砷化镓工艺等）和兼容工艺（BICMOS工艺等）；同时，开发了许多新的电路技术（电流模技术、开关电容和开关电流的数据取样技术、过取样技术等）。它们相互促进，结果是：

①规模越来越大，从功能集成发展到数模兼容的系统集成；

②性能越来越高，集成运放的带宽接近GHz级，摆率达到每微秒几千伏，双差分对平衡调制器的工作频率达到500MHz以上；

③品种越来越多，除了大功率组件外，几乎可以取代用分立元件实现的各种功能电路。

（2）计算机辅助分析和设计手段不断完善

以模拟电路为例，除初始电路设计外，芯片设计自动化已达到实用阶段。在我国，许多高等学校已建成了不同层次的EDA实验室，计算机辅助分析和设计渗透到各门课程中。

（3）专业面拓宽

根据现行专业目录，电气信息类专业的数目已从几十个缩减为7个，引导性专业目录更进一步缩减。进入21世纪，预期专业面将会进一步拓宽，这不仅是适应社会主义市场经济的需要，适应科学技术的发展，而且也是高等本科教育中人才观的转变，即从培养特定业务领域的专门人才转变为培养高素质、宽基础的通用型人才。

电子线路应该成为电气信息类各专业的公共技术基础课程。虽然不同专业有不同的要求（本教材适用于通信、电子信息专业），但是都必须体现拓宽基础、加强能力的精神。

（4）国外教材的动向

进入90年代，国外有影响的电子学基础教材都进行了修订。修订的基本思路是：进一步提炼基本内容；简化分析方法，突出基本概念；引入PSPICE分析；适度更新内容；加强集成电路应用。这些思路表明国外电子学教材正向基础性和应用性方向发展。

3．第四版教材的修订思路和内容处理

根据上述背景，我们在编写第四版教材时，提出了以下的教材修订思路。

（1）定位问题

电子线路是一门技术基础课程，它的任务是为学生奠定两个基础：一是集成电路应用基础；二是芯片设计中的初始电路设计基础（即自顶向下设计中具有根据性能指标要求选择电路组成的能力）。

为此，必须使学生掌握：①各种基本功能电路的工作原理、基本电路、性能特点及其改进性能的基本途径；②常用集成器件的应用原理。

这两个要求是相互联系缺一不可的。有些人误以为讲各种基本功能电路就是讲分立元件电路，因而认为要大幅删减，以适应集成化的要求。实际情况并非如此。许多90年代以后修订出版的国外著名电子学基础教材仍然将各种基本功能电路作为它的基本内容，没有因为集成电路的发展而忽略这些基本内容。原因是：这些基本功能电路是集成器件的组成部分，同时，学生掌握了这些基本内容，就能自如地用好集成器件。

（2）求新问题

作为基础教材，应在确保基本内容的前提下，反映新技术的发展。本教材自第一版到第三版，在加强集成化、MOS器件及其电路，介绍迅速发展且已成熟的集成器件及其应用等方面更新了内容。在第四版中又增加了跨导线性电路，电流模电路，开关电容和开关电流电路，电流反馈运放等内容。在引入这些新技术时，我们的做法是提炼这些新技术的基本概念。例如，首先将传统的电压放大器推广到电压、电流、互阻、互导四种放大器，并提出它们的理想化条件，而后再提出节点阻抗与展宽频带的关系，有了这两个基本概念，就很容易引出电流模电路的概念。或者将原来的概念延伸。例如，讲镜像电流源电路中电流转移概念后，就将这个概念延伸出开关电流电路，同时指出它们在推动集成电路发展中所起的作用。

（3）压缩和删减的问题

鉴于集成电路的发展，这次修订时适当降低了基本功能电路的要求，仅限于它们的组成原理、基本电路，不涉及电路的设计方法，也不过多介绍各种改进电路（仅指出性能改进的途径）。

由于计算机辅助分析和设计手段的完善，修订时尽可能简化电路的分析，凡是可以不通过定量分析就能定性讲清概念和性能特点的，就不作定量分析。例如，在讲清共发放大器频率响应中归纳出降低节点阻抗可以扩展上限频率的概念，这样就将第三版中有关宽带放大器的定量分析的内容全部删除；又如，采用最简单器件模型分析三种基本组态放大器的性能，需要复杂器件模型时也仅提出分析结果，不再介绍分析过程。

删除或压缩了目前很少采用的分立元件电路。例如，删除了分散选频的小信号谐振放大器，压缩了变压器耦合相位鉴频器等内容。

（4）内容编排问题

在保持原教材体系的前提下，本着强干削枝、突出重点、分散难点的精神对部分章节内容的编排进行了调整。如在讲器件时，除适当压缩器件的物理特性外，重点突出了器件的各种表示形式的模型。根据模型介绍分析方法，同时考虑到各种功能电路本质上都是利用器件的不同特性实现的，因此，又增加了由模型构建各种功能电路的组成原理，让学生对本教材的内容有一导论性的总体了解。

频率响应是放大器的重要内容，它的基本要求是让学生掌握展宽频带和保证反馈放大器稳定工作采用相位补偿的概念。在这次修订中，由于删除了宽带放大器的定量分析以及小信号谐振放大器的内容，因而有可能将频率响应的内容分散在有关章节中，不单独设章。

电源变换电路的发展十分迅速，在这次修订中，将附录电源部分与非谐振功率放大器合并成章，用功率和效率作为基本线索将它们串起来，以便学生从本质上理解它们的异同。

频谱搬移电路的核心组成是开关工作状态的相乘器，在这次修订中，将频谱搬移电路的工作原理和电路两章合并，从信号特性分析得到实现模型后，集中介绍三种应用广泛的开关工作状态的相乘器电路，最后分别介绍混频、振幅调制和解调的性能要求及相乘器的应用特点。

（5）对部分内容进行了更确切的处理，澄清了一些模糊的提法

①明确了电流源的精度和恒流特性是两个不同的性能，前者是静态性能，后者是动态性能（以输出电阻表示）；

②在判别反馈放大器稳定性时，要区分闭环增益A_fI和反馈增益（1／k_f），一般情况下，两者是不相等的。在实际电路中，可以保持闭环增益不变，用改变反馈增益来保证放大器稳定工作。

③互补对称功率放大器中的交越失真必须在跟随器的传输特性（v_O～v_I）上讨论，而不能在管子的转移特性（i_C～v_BE）上讨论。

（6）增加了PSPICE分析练习题

提供学生课外练习。

4．结束语

这次修订前后花了近6年的时间，上述思路是逐步形成的。希望修订后的教材更具有基础性（紧扣基本内容）、科学性（概念更严密，体系更合理）和前瞻性（跟上新技术发展），并便于教学。实际上，离这个目标还有不小的差距，期待大家批评指正。

（原载于《电气电子教学学报》，2001年第3期）