前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的电路与模拟电子技术主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
关键词:电路;模拟电子技术实验教学;Multisim;仿真
1概述
计算机专业是软硬件结合、面向系统开发和应用的专业,而电路与模拟电子技术作为计算机专业的专业基础课,要求学生能够熟练掌握电子电路的基本分析方法,以便掌握计算机的硬件知识以及计算机接口电路的分析与设计。通过本课程的学习,要求学生掌握电路与模拟电子技术的基本理论、基本知识和基本技能,对其应用及未来发展方向有所了解,为今后学习后续课程以及毕业生就业拓展更宽的领域。
2课程教学中存在的问题
计算机专业很多学生认为计算机专业是学习软件编程的,电路与模拟电子技术课程不属于计算机专业课,能否学好无关紧要,在学习上重软件轻硬件;另一方面,该课程概念多、内容抽象、逻辑性较强,造成学生对课程学习力不从心,排斥这些课程的学习。当学生毕业后从事计算机相关工作的时候,发现自身硬件知识非常薄弱。嵌入式系统是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一,随着嵌入式系统开发和应用的盛行,掌握硬件理论和计算机专业的软件理论是IT行业工作人员在新时代的基本要求[1]。电路与模拟电子技术课程的主要内容包括电路和模拟电子技术,理论知识既抽象又难懂,使得学生感觉枯燥乏味,学习热情大幅下降,而该课程的内容不断增加,教学计划要求讲授的知识与学时少的矛盾更加突出。以我校计算机专业为例,课程本身理论学时44学时,实验10学时。理论知识比较深奥,实验学时较少,要在有限的时间内让学生接受和理解课程还很困难。如果充分利用先进的媒体,适当地引入Multisim10仿真软件,这样有利于学生接受复杂的知识,取得良好效果[2-4]。
3Multisim仿真软件在电路与模拟电子技术教学中的应用
在电路与模拟电子技术课程中Multisim软件是美国NI公司推出的一个用于电路设计和仿真的工具软件,它的功能很强大,以形象生动的仿真效果而被誉为“虚拟电路电子实验室”,因此它是电子类专业教学的重要仿真软件。设计人员可利用此软件对所设计的电路进行仿真和调试。Multisim仿真软件在电路与模拟电子技术教学应用中的优势体现在[5]:
3.1电路与模拟电子技术课程是一门理论性很强、难度较大的课程。一台PC机和一个仿真软件就可以搭建电路,通过Multisim图形化的仿真环境,可以将抽象、枯燥的电路理论直观的展现出来,降低教学难度,提高课堂教学效率,学生容易理解和掌握。
3.2在实验教学中搭建电子实验平台,实现了虚拟实验和实际实验的结合。Multisim仿真实验和实际实验相比具有直观、简单和速度快等特点。学生既可以在计算机机房做实验,也可以把实验搬回宿舍。仿真实验不需要真实环境的介入,元器件较多,在实验过程中元件没有损耗,实验室维护方便,这样的“电子实验平台”有助于提高学生实践能力。
3.3电路易受到干扰模拟电子技术部分在实验室环境中实验波形易出现较大失真,而仿真实验没有干扰信号,可实时观测参数对波形的影响,比真实的实验更能反映实验的本质,更加准确、真实、形象。
4Multisim10在电路与模拟电子技术课程教学中的应用
4.1将开关J1断开,电路中暂不引入级间反馈
当输入电压是正弦交流电时,在输出端通过万用表可测得输出电压为。没有引入级间反馈时,该放大电路总的电压放大倍数为。
4.2将图中的开关J1合上,引入电压串联负反馈
加上正弦输入电压,由虚拟示波器看到,输出电压的幅度明显下降,但波形更好。
结束语
Multisim仿真软件在电路与模拟电子技术课程教学改革中的应用与实践顺应我校转型发展的大趋势,把仿真教学融入课堂,改变教学方法和手段,引导学生在课后自己去分析更多复杂的电路,通过对虚拟仪器的熟练使用,提高了学生的自学能力,增强了理论教学的灵活性,激发学习的兴趣和主观能动性,大大提高教学质量和教学效果。
参考文献
[1]包蕾,管冰蕾.计算机专业电子技术基础课程教学内容的组织[J].科教导刊,2015,(4):139-140.
[2]吴玲敏,王维娜.Multisim10仿真技术在“电路基础”教学中的应用与实践[J].教育教学论坛,2017,(9):64-66.
[3]张志友.Multisim在电工电子课程教学中的典型应用[J].实验技术与管理,2012,29(4):108-110.
[4]罗廷芳,南江,李伟.NIMultisim10在电工电子技术教学中的应用[J].电子设计工程,2012,20(6):154-157.
【关键词】计算机专业群 电类基础课 教学改革
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2016)08C-0157-02
计算机相关专业是面向系统开发和应用、软硬件结合的一个宽口径专业,同时与其他学科紧密关联。在各学科互相渗透和交叉、电子信息技术快速发展的今天,社会对宽口径人才需求尤为迫切。大多数计算机专业毕业生在实际工作中都涉及或从事有关电路方面的内容,因此,计算机专业毕业生应具有较好的电类基础知识和综合应用能力,才能具备较好的就业竞争力。目前,几乎所有高校都开设了计算机相关专业,但国内外、区内外不同高校的计算机相关专业根据各自的培养目标定位,开设了不同的电类基础课程。为适应IT产业集群迅速发展和国家高等教育发展的总体布局要求,各高校的计算机专业群迫切需要进行相关的教学改革。目前,广西已全面启动引导一批普通本科高校向应用技术类型高校转型,以主动适应国家高等教育发展和经济发展新常态。桂林电子科技大学信息科技学院计算机专业群作为广立学院转型试点专业集群,在计算机专业群电类基础课程教学体系、教学内容、教学方法与实验教学等方面做了一些有益的改革探索。
一、课程体系的改革
目前桂林电子科技大学信息科技学院计算机专业群包括计算机科学与技术、软件工程、网络工程和物联网工程4个专业,由于每个专业培养目标和方向不同,因此开设了不同的相关电类课程。其中4个专业都开设了数字电子技术基础这门电类基础课程,而网络工程和物联网工程专业还分别开设了数据通信基础和高频电子线路等后续电类课程。目前存在的问题是学生由于没有学习电路分析基础、模拟电子技术这两门电类基础课程,电子技术基础知识明显缺乏,特别是物联网工程专业学生学习高频电子线路等后续课程非常吃力。由于培养目标方案的不同和学时的限制,对于计算机相关专业,不可能按通信电子类专业那样再单独开设电路分析基础、模拟电子技术两门课程。为此,桂林电子科技大学信息科技学院计算机专业群的转型作为广立学院转型试点专业集群,率先将电路分析基础、模拟电子技术以及数字逻辑电路三门电类核心课程有机地整合为电路与电子技术基础一门课程。通过改革,电路与电子技术基础课程成为桂林电子科技大学信息科技学院计算机专业群的核心基础课程之一,统一和贯通桂林电子科技大学信息科技学院计算机群相关专业电类基础课的课程设置和教学要求,既让学生掌握电类的基础知识,又突出计算机专业的特色,加强计算机专业群学生电路与电子技术基础及综合应用能力的培养,以适应IT产业集群的迅速发展和市场对软硬件综合能力创新人才的需要,提高学生的就业竞争力。
二、教学内容的改革
教学内容的整合必须注重课程间知识内容的融合与渗透,注意课程之间的有效衔接,以培养学生应用能力的基本要求为主线,通过有机整合以减少课程门数,达到提高课程群综合化程度的目标要求。电类核心基础课程主要包括电路分析基础、模拟电子技术和数字逻辑电路三大部分的内容,涉及的知识点多、知识面广,因此,合并后的电路与电子技术基础课程不能只是电路分析基础、模拟电子技术以及数字逻辑电路三门课程的简单相加,但这三门课程作为电类基础核心课程,关联度较密切,为课程教学内容改革提供了先决条件。我们针对独立学院的培养目标和教学要求,结合计算机专业特点的应用与拓展,经过反复研讨,将改革的原则确定为“必需”、“够用”,对教学内容进行精简和提炼,既要让学生掌握电类的基础知识,保证足够的知识储备,又要突出计算机专业的特色,紧密结合后续专业课程确定课程的理论与实践教学内容。合并后的电路与电子技术基础课程将电路分析基础、模拟电子技术以及数字逻辑电路三大部分的内容有效整合,其中电路分析基础的内容占30%,模拟电子技术的内容占25%,数字逻辑电路的内容占45%。电路与电子技术基础课程总学时为80学时,其中理论64学时,实验16学时并独立成课。电路分析部分主要讲解电阻、电感、电容的基本特性和基本直流和交流电路,使学生掌握电路分析的基本方法,初步具备分析典型电路的能力;模拟电子技术部分主要讲解二极管、三极管的基本特性、放大电路基础及集成运算放大器的应用,使学生能对一般性的、常用的模拟电子电路进行分析;而数字逻辑电路部分是计算机专业电子技术课程的重点,主要讲解门电路、组合逻辑电路、触发器和时序逻辑电路,使学生熟悉数字逻辑电路基本器件的功能和使用方法,掌握数字逻辑电路的基本分析方法,并以中规模集成电路为例,将最新的技术融入教学内容当中。教学内容改革优化后,理论与实验的总学时与改革前一样,在不增加学生负担的情况下,使学生的电路与电子技术基础及综合应用能力得到加强。
三、教学方法和手段的改革
(一)转变授课方式。课堂授课是教师通过对书本知识的讲解和演绎,使学生掌握分析和解决问题的途径与方法。因此,教师在教学过程中不能只是简单地叙述和板书书本知识,而是要以多种教学形式和方式将知识传递给学生,并且充分激发学生的学习兴趣,引导学生主动学习。针对电路与电子技术基础这门课许多概念和原理相对比较抽象、电路图和物理过程图示多的特点,授课过程中采用黑板与多媒体课件相结合的教学方式。传统板书有利于学生逻辑思维能力的培养,因此,利用黑板比较适合进行习题讲解和完成一些重要公式的推导。对于大量的电路、图形以及公式等,利用黑板板书费时费力,并且难以形象说明,而利用多媒体课件不仅可以代替大量的板书,节省时间,而且表达清晰、直观生动。我们制作的多媒体课件主体采用PPT的形式,对教材的内容进行精简和提炼,对课本的关键原理知识点配上了flas(如PN结的形成等),对课本的主要电路进行了Multism软件仿真(如晶体管放大电路等),并且把相关的Multism软件仿真和flas与PPT课件进行了有效完整的链接。多媒体课件利用图、文、声、像等媒体有机结合,可以将电路中信号的复杂变化过程,逼真形象地展示在学生眼前,因此,通过多种教学表现形式,有利于问题的讲解和分析,加强教学的说服力,加深学生对知识的理解和运用。
(二)强调基础,减少理论性。由于电路与电子技术基础课程的概念多、单元电路多、内容涉及面广、分析方法也较为复杂,是学生开始接触电子技术的一门基础课程。因此,在授课过程中应注意突出定性分析、强调基本概念,弱化解题技巧、减少理论性,把重点放在分析问题的规律和思维方法上。例如我们在讲授二极管、三极管等半导体器件时,重点讲授半导体器件的功能特性、应用及测试方法,没必要花太多时间讨论其内部结构以及载流子如何运动等问题。同样,在讲授门电路等数字逻辑电路时,重点讲授电路的功能真值表、时序图等,忽略芯片内部电路的分析,主要研究其输入输出特性。由于现代电子设备高度集成化,并且电子器件种类繁多、内部结构复杂,因此,在教学过程中从工程应用的角度进行讲解,加强器件功能级的教学,在有限的课时内可以把抽象的理论转化为实际的应用。
(三)结合工程实际举例讲解。电路与电子技术基础课程与工程实际应用紧密相关,在教学过程中,我们尽量引入课程理论在日常生活或工程实际中的应用实例,在讲解某个电路时,结合其实际应用背景进行分析,加强学生对电路基本原理的理解和掌握。例如,在讲授电路的基本模型时,引入手电筒的基本电路;在讲授二极管的特性时,引入手机充电器的整流电路;用多媒体教室的功率放大器举例来导入晶体管放大电路的分析;用电子钟举例来导入计数器的相关教学内容的学习;用LCD视频信号传输中的LVDS信号来说明差分放大电路的优点等。通过结合日常生活中的实例进行讲解,可以激发学生的学习兴趣,使学生理解学习电路与电子技术的应用价值和意义,从而会有正确的学习态度,形成有效的学习行动。
四、层次化的实验教学
电路与电子技术基础课程实验教学改革与理论教学改革同步,结合计算机专业特点和市场对软硬件综合能力创新人才的需要优化实验内容,实行分层次教学。每次实验课分必做实验和选修实验两个大模块,对基础一般的学生,要求完成必做实验;对基础较好的学生,可以选择增加选修实验。必做实验一般为验证性实验,是让学生巩固和深化课程的基本概念和基础理论,要求学生掌握电路与电子技术的基本实验技能,掌握常用电子仪器的使用方法;选修实验一般为综合性、设计性实验,是为了进一步培养学生的综合设计能力,培养学生勤于动手的工程素质和探索精神,以适应新技术发展和未来服务于社会的需要。另外,对于部分学有余力且有兴趣的学生,依托创新实践基地由任课教师专门指导其完成设计性的、创新性的实验课题,进一步提高学生的创新能力和创新意识。近年来,我们通过层次化的实验教学,为创新实践基地发现和筛选出了一批优秀的动手能力较强的学生,这些学生不仅从事多项国家或自治区级大学生创新创业项目等课外科技活动,而且在“挑战杯”、全国大学生电子设计竞赛等比赛中取得了可喜的成绩。
综上,桂林电子科技大学信息科技学院通过以上计算机专业群电类基础课程的教学改革,统一和贯通全院计算机相关专业电类基础课程的设置和教学要求,在不增加学生负担的情况下,使学生的电路与电子技术基础知识及综合应用能力得到加强,适应了IT产业集群的迅速发展,提高了学生的就业竞争力,并为广西应用型本科计算机专业群的转型提供了一个较好的示范。
【参考文献】
[1]喻大华.计算机专业电路与电子技术课程教学改革探索[J].教育教学论坛,2015(26)
[2]梁野.中新大学计算机专业本科培养模式比较研究[J].计算机教育,2014(11)
[3]蔡惟铮,等.电子技术基础课程体系和教学内容的改革[J].电气电子教学学报,2014(6)
[4]熊瑛,刘松龄.民族高校《电路基本理论》教学模式改革的研究与实践[J].课程教育研究,2014(9)
[5]姚缨英,等.电类基础实验课程关联化教学模式的探索[J].电气电子教学学报,2013(3)
【基金项目】广西教育科学“十二五”规划2015年度课题(2015C543)
关键词:电路与电子技术;项目式教学;课程建设
随着基于“教学做一体化”教学改革的进一步深入,电气类专业课程在教学方法与教学手段上进行了一系列改革与创新。教学实施中采用了项目引领、任务驱动等实用的教学方法,实现了将理论讲授贯穿于项目实践中,使学生完成了知识学习目标和技能学习目标。“电路与电子技术”这门课程就是为了更好地服务于专业课程而进行的课程改革,根据企业调研按照岗位操作需求在教学内容上打破传统的按章节讲授知识点,让学生实现所学即所用,为学生的就业做好储备,将原有的“电路与模拟电子”和“数字电子”进行有机的整合,增强了知识的连贯性,并将与工作过程无关的理论性强的教学内容进行精简,从而减轻学生的学习负担。
1课改团队与专业课教师深度教研
1.1教学内容删减。课改小组成员将传统的“电路与模拟电子”和“数字电子”两门课程中的全部知识点进行汇总,并与“单片机”、“PLC应用技术”、“变频器技术应用”、“电机拖动与控制技术应用”、“矿山供电”、“工厂供电”等专业课教师多次逐一进行筛检,将与后续课程无关的理论性非常强的知识点剔除,多学科交叉需求进行重点标注。
1.2教学项目设置。结合教研结果,课改小组成员对教学知识点进行重新组合,初步拟定项目名称、任务内容、教学目标、教学手段、学时分配等相关内容。在任务内容设置时明确该任务具体为某一学科,某一部分服务的。再次与专业教师进行对接,征求专业教师的意见,将教学内容、教学目标、教学手段基本敲定,确保不遗漏任何一个知识点。
2深入企业与企业专家、岗位人员建立密切联系
课改小组成员多次深入企业,主要我院在龙煤集团建立的实习实训基地东荣二矿、东保卫煤矿等企业,进行课程改革调研。通过与企业专家、技术骨干、岗位人员进行交流,了解煤矿机电的主要职业岗位以及岗位技能需求,尤其是对涉及“电工与电子技术”基本理论方面的需求,将教学项目内容交予企业人员论证,并进行适当的调整。其中调整最大的部分是在教学过程中,适当增加企业文化,增强学生责任感、荣誉感和集体观念,培养学生有身处校园心系企业的精神。企业人员非常认可我们走入企业了解需求的做法,我们之间建立了密切的联系,他们可以随时把需求反馈给我们,我们可以阶段性的调整课程标准。
3制定符合岗位需求、适应专业课需要的课程标准
经过同行和企业人员的多方调研,小组成员制定了详细的课程标准,在标准中确定了课程的性质与作用和课程的目标,包括知识目标、能力目标、素质目标;明确了与其他课程的联系;确定了课程内容与学时的分配;详细的学习任务教学设计,如表1所示;全面的课程职业能力训练内容;教学实施建议,包括教材的选用原则、任课教师的素质要求、教学场地设施的要求、教学评价和考核方式,其中考核方式实行双过关制度,过程考核和期末考试同时过60%才是本门课程及格,具体分配情况,如表2所示。“电路与电子技术”课程标准内容详细,确保不同教师都能保质保量的完成教学任务。
4结合学院实际教学环境编制校本教材
按照学习任务教学计划组织教学内容,包括理论教学内容和实训内容。教材整体框架为:项目背景,阐述研究项目的具体社会环境;教学导航,明确该任务的知识目标、能力目标、素质目标,让学生知到本次任务学习的目的,达到什么样的程度;任务描述,布置任务的具体内容;知识准备,提供学生本任务需要用到的新的理论知识,部分内容需要教师的讲解;任务实施,要求学生动手实践完成本次任务。最后是任务训练,巩固任务中的理论知识和实践技能。在设置任务的时候充分结合企业的需求和学院的实际教学条件,让学生得到的实际锻炼与企业实际生产紧密相连,使学生毕业后能够很快的适应企业的需求,可以极大的缩短学生就业后的实习时间,完成高职教育的目标。此外,课改小组还在进一步完善教学整体设计和教学单元设计,制作电子课件。
5根据教学效果进行反复调整
“电路与电子技术”项目化课程建设已经应用在教学中,在授课的过程中,难免会出现一些未预料到的问题,我们随时进行调整。目前遇到的最多的问题就是学时的分配,实训项目学时分配过少,学生对动手操作很感兴趣,尤其是创新意识很强,这在我们课改初期是没有预料到的,在调整的过程中,适当加大学生自主创新实训的时间分配。综上所述,通过我们对“电路与电子技术”课程建设,使得学生对枯燥的专业基础课知识产生了浓厚的学习兴趣,为后续专业课的学习奠定良好的理论基础和技能准备。
参考文献
[1]唐索霞.对职教“电工与电子技术基础”课改的探讨[J].成功(教育),2013(18):140.
关键词:仿真;差动放大电路;共模抑制比;差模输出
中图分类号:TP319文献标识码:A文章编号:1009-3044(2012)16-3884-03
模拟电子技术是电子信息类专业的一门主干课程,该课程中的核心元件为二极管和三极管。这些器件不同于电阻和电容之处在于它们的非线性,以及分析的过程中往往交直流共存。加上学生在实验室的时间有限,缺乏直观的认识,给学生的认识带来困难。该文以模拟电子技术课程中基本的差动放大器电路为例,介绍了Proteus在电路仿真中的应用,分析了电路参数的改变对电路的影响。在课堂教学中引入Proteus,使教学更加生动,贴近实际。对提高学生兴趣,培养学生创新能力有非常好的促进作用。
图5 2.3输出波形的观察
在差模输入时,如果输入信号的正极性端接T1管的基极,由于共射电路的倒相性,单端输出从T1管的集电极对地的输出电压是和输入差模信号倒相的,相反,对于同样的输入信号,从T2管的集电极输出电压是和输入电压同相的,如图5所示,分别是单端输出时的两个输出电压及差模输入电压。
双端输出时,如果选择T1管的集电极为输出电压的正极性端,则输出电压与输入电压同相,否则反相。
该文以模拟电子技术中的差动放大电路为例介绍了Proteus软件在电路模拟和仿真中的应用,在课堂教学中使课堂更加生动,灵活,达到了帮助学生理解原理,提高分析问题的能力。相信这种生动的教学模式在电路分析,数字电路和单片机等课程的教学过程中会发挥更大的作用。
[1]华成英,童诗白.模拟电子技术基础[M].4版.北京:高等教育出版社, 2006.
[2]罗映祥.Multisim电路仿真软件在差分电路分析中的应用[J].电脑知识与技术,2008,1(1):169-173.
关键词:共发射极放大电路;晶体管;放大
作者简介:王青云(1983-),女,山东曹县人,安徽工业大学工商学院,助教。(安徽 马鞍山 243002)
基金项目:本文系安徽省自然科学基金项目(项目编号:Kj2011z044)的研究成果。
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)23-0233-02
在计算机科学与技术、软件工程等相关专业中,开设的专业基础课“电路与模拟电子技术”,一般分为两大部分:电路分析基础和模拟电子技术。在模拟电子技术内容中,放大电路作为主要的电路,对电信号完成基本的放大作用,被认为是电子技术的主要研究对象和学习内容。其中,共发射极放大电路由于其广泛的应用,成为电子技术的入门内容,被初学者所接受。
对初学者来说,模拟电子技术这一部分内容是普遍反映的学习难点。[1]在学习中对模拟电路工作原理及相关概念的理解常会出现问题,例如放大电路中存在两种电源:信号源和直流电源,电路中交流成分和直流成分的电量同时存在,这些使学生们在理解方面产生一些疑问和难点:对电路的工作原理的理解、交流量和直流量共同存在的电路如何传递处理等。基本放大电路是模拟电子技术入门内容,学生理解和掌握基本电路的基本理论和基本概念知识,对模拟电子技术后续内容深入的学习和以后个人的专业学习都起到关键作用。因此,对初步学习这门专业基础课的学生来说,基本放大电路即共发射极放大电路的作用、其组成器件的存在意义及其如何实现放大作用等,都将是重要考虑的问题。针对这一种情况,本文将做如下探讨。
共发射极放大电路的主要功能是对比较微弱的信号起放大作用。晶体管由于具有电流放大作用,在共发射极放大电路中将作为重要组成部分,主要对信号起放大作用。本文将围绕晶体管具有电流放大作用的工作性质,通过以晶体管为主要元件,向电路展开,逐步引出放大电路的其他组成部分,完成整个放大电路的解析。交流信号是放大电路的主要放大处理对象,下面将从电路对信号的放大处理过程及工作原理的角度入手,逐步解析共发射极放大电路的组成及各元器件的作用。
一、信号传输和放大的基本途径
假设待放大处理的原信号源ui由一个电动势es与一个电阻Rs串联组成的电压源等效表示;起放大作用的主要器件——晶体管,选择常用硅材料NPN型晶体管;选择一个负载电阻RL作为被放大后的信号要驱动的负载。根据共发射极放大电路的放大信号这一主要目的,初步构建出最初的电路模型,如图1。放大电路其他组成部分,依据电路放大原理在电路模型逐步建立和完善的过程中引导出来,并在引导中一一解析各元器件作用。
图1电路基本说明了共发射极放大电路存在的作用和意义——放大信号,并且明确地给出了信号传递、放大、处理的主要路径。晶体管即三极管,有三个极:发射极e、基极b、集电极c。信号源与晶体管的基极b和发射极e连接,形成一个回路,负载电阻RL与晶体管的集电极c和发射极e连接,形成一个回路,通常,信号源所在的回路称为输入回路,负载所在的回路称为输出回路。同时,电路中的两个回路共用发射极e,故称该电路为共发射极放大电路。根据设计该电路的初衷,信号源ui在输入回路产生的交流电流ib,经过晶体管的电流放大作用,得到放大的交流电流ic,然后在输出回路转化成放大的交流电压uo传递到负载端。其中,ube和uce分别是信号传递过程中在晶体管基极b与发射极e和集电极c与发射极e之间产生的电压。根据以上分析,晶体管联系着信号所在的输入回路和负载端所在的输出回路,可以对信号进行放大处理,然后传递到输出回路的负载端。
二、直流电源存在的作用
问题1:图1电路能够完成对原信号ui的放大吗?需要从以下角度进行具体分析。
回答问题1,首先要考虑主要元件晶体管的工作状态。晶体管有三个工作区:放大区、饱和区、截止区。若晶体管工作在截止区或饱和区,经过处理后的信号将会出现截止或饱和失真情况,失真的信号将失去作用和意义。放大电路如果要完成对信号放大处理,且过程中信号不出现失真,需要使得晶体管工作在线性放大区。这需要满足晶体管工作在放大状态的基本条件:发射结正偏,集电结反偏,[2]即如图1所示,。
同时,需要考虑的是发射结的死区电压或开启电压uon,[2]也就是说,如果完成信号从输入回路到输出回路上的传递,仅仅是不够的,还需要满足。如果,晶体管的发射结工作在截止状态,信号无法传输到输出回路的负载端。根据不同的制作材料,晶体管的开启电压uon的值不同,硅材料的晶体管uon大约为0.5v。[3]此时,原信号ui是微弱的信号,单位一般是mV级的,远远小于开启电压,仅仅靠信号本身开启晶体管是行不通的,即发射结截止,。
为了解决这些问题,选择借助外界因素,即引入两个直流电压源EB和EC,将EB加在晶体管基极b和发射极e两个端子上,将EC加在晶体管基极c和发射极e两个端子上。如图2所示。
直流电压源EB的引入,在晶体管的基极b和发射极e之间产生了直流电压UBE,此时基极b和发射极e的电压含有两种成分:直流电压UBE和信号产生的交流电压ube,用uBE表示混合量,即,当UBE足够大时,uBE大于开启电压uon,晶体管发射结正偏且导通,产生基极电流iB,基极电流iB是含有交流信号和直流电流成分的混合量。如图3所示。
同时,集电结存在两种可能的状态:集电结反偏和集电结正偏。如果集电结正偏,晶体管工作在饱和区,被其处理后的信号将出现失真情况。在此引入的直流电压源EC,可以实现集电结反偏。这时,晶体管具备了放大条件:发射结正偏和集电结反偏,可以工作在放大区,完成对信号的不失真放大传输。
这样,混合量uBE在晶体管基极b产生的基极电流iB,经过晶体管的电流放大作用,在其集电极产生放大的集电极电流ic,ic是含有交流信号成分的混合量,即交流信号被传输到输出回路。
直流电源(如EB和EC)的存在,使得晶体管工作在放大区,来完成对信号的放大处理。
三、基极电阻RB、集电极电阻RC和极性电容C1和C2的作用
问题2:图2电路中被放大后的信号能传递到负载端吗?当电路中的一些参数不合适的时候,如何方便快捷地实现调节,以完成对信号合适的放大处理?下面做具体分析。
分析图2电路,发现此时的直流电压源EC钳制了输出电压uo,使得,含有信号的集电极电流iC无法转化成信号电压uo输出给负载RL。为了解决这个问题,引入一集电极电阻RC和EC串联,这样使得输出电压uo被解救出来,uo能随着集电极电流iC的变化而变化。电阻RC的引入,使得uo不再受到EC的制约,含有交流信号的集电极电流iC可以转化为电压输出到负载RL。
同时,根据晶体管的工作特性,如果晶体管的基极电流不合适,即使晶体管满足工作在放大区的条件,信号在传输处理过程中也容易出现截止或饱和等失真情况。在图2电路中,原信号ui和直流电源EB共同作用下在晶体管的基极上产生基极电流iB,其值如果不合适,不方便对iB进行调节。为此,引入一基极电阻RB和EB串联,通过调节RB,可使基极电流iB达到合适的值。
问题3:在图2电路中串入基极电阻和集电极电阻RC后,电路中传输的物理量仍然是交流和直流同时存在的混合量,直流量的存在,对交流信号会造成不利的影响,如何处理?传输到负载端的电压也仍然是交流和直流同时存在的混合量,如何使负载端的电压只含有交流量,即如何使负载端接收到的电压是交流信号?
为了解决问题3中的问题,在图2电路串入基极电阻和集电极电阻RC的基础上,再引入一个极性电容C1,可以阻隔直流量影响信号源。同时,为了得到只含有交流信号的输出量,再引入一个极性电容C2,阻隔直流量输出到负载端。电路如图4所示。
这里选择极性电容而没有选择一般普通的无极性电容,是为了更好地完成信号的传递。这里选择电容的目的是阻隔直流量,同时尽可能地使交流信号在无阻碍情况下在电路中传递,由此,电容的容量越大,对直流量的阻碍越大,对交流信号的阻碍越小。一般普通的无极性电容,容量越大体积也越大,而相同体积的电容,极性电容的容量比普通的无极性电容容量大很多,特别是对电子电路来说,元器件体积小的话,方便电路集成,故选择极性电容,而没有选择无极性电容。
通常,将电路中的两个电压源EB和EC合并成一个直流电压源,以简化电路。此外,共发射极放大电路的实质,是能量较小的信号通过晶体管的控制作用,去控制直流电源所供给的能量,以在输出端获得一个能量较大的信号。直流电源的存在,有提供能量的作用。
上述内容,从信号传递放大的过程,一一解析了各个组成元器件的作用,为后续内容的学习奠定了基础。至于这些元件选取什么合适的值,才能使得放大电路对信号起到合适合理的放大作用,而不至于出现失真情况,与晶体管的工作特性和外界电压、温度等因素有关,[4]如何考虑多方面因素选择元件设计电路,使得电路更好地完成对信号的放大,可以参阅相关资料。
本文从电路对信号的处理放大过程及工作原理的角度入手,对共发射极放大电路的组成及各元器件的作用进行了具体分析,明确指出放大电路的主要处理对象是交流信号,而直流电源起提供能量的作用,并具体详细分析了共发射极放大电路中各组成元器件的作用。为初学者学习模拟电子技术建立清晰明了的学习思路提供帮助,为初学者对后续内容的学习做铺垫。
参考文献:
[1]孟秀玲.《模拟电子技术》课教学难度的分析及对策[J].装甲兵工程学院学报,2001,15(4):75-79.
[2]秦增煌.电工学(下册:电子技术)[M].第七版.北京:高等教育出版社,2009:22-23.
【关键词】模拟电子技术基础;教学;学习
《模拟电子技术基础》是一门重要的专业技术基础课,理论性和实践性都很强,处于各专业教学的中间环节,是学生对电子线路认识和理解的基本素质形成和培养的关键性课程。深入探讨其教学方法并有效实施,对学生掌握一定的线路知识和培养学生分析问题、解决问题的能力有着非常重要的作用。这就要求我们在专业课堂教学中,应更新观念,完善课堂教学方式,提高教育教学效果,努力增强学生对课程的兴趣,完成好在校学习要求,为以后的工作打下好的基础。
一、全面把握课程内客,并精选重点
要明确本课程在整个教学计划中的地位和作用、基本要求、基本内容和本课程与后续课程的联系。在分立元件构成的电子线路和集成电路构成的电子线路上,集成电路的应用范围迅速扩大。集成电路是在分立元件电子线路的基础上发展起来的,而从事电子技术工作必须熟悉分立元件电子线路,所以选择授课内容时,应以分立元件构成的单元电子线路为基础,以“分立元件电路为集成电路服务”的原则来突出集成电路,为进一步学习、研究和应用集成电路打好扎实的基础。如在讲解反馈放大电路时,由结合分立元件电路转为结合集成运算放大器讲解,引入集成比较器、集成功率放大器、集成三端式稳压器等内容。结合典型电路讲基本概念、基本理论、基本分析方法,并下力气讲清楚,应贯彻“管为路用”原则,淡化半导体器件内部物理过程和集成电路的内部电路,重点讲清楚器件的外特性应用。
二、变满堂灌、填鸭式为启发式教学,充分发挥学生的主体作用
传统的教学模式方法,以教师单方面讲授为主,讲授内容以单纯灌输书本知识为主,学生学习方法以死记硬背、机械重复训练为主,其弊端显而易见。这种教学方法妨碍学生主动地学习,挫伤学生学习的主动性、积极性、创造性,影响他们全面素质的提高,尤其对高职的学生更是不利于实用性、专业型人才的培养。例如,以“判断某一放大电路工作是否正常”为例,现行大部分教科书均采用测定集成电路各引脚的静态工作电压与书上所标值是否一致的判定方法,这种方法是一种较死板而又费时的方法,只适合于没有仪器设备的场合。教学中,大部分教师也往往沿循传统教学方法,单纯讲授书本知识,满堂灌下来,虽然也能完成教学任务,做起来也省事,但这样培养出来的学生思维单一、不灵活,更谈不上能发挥他们的实践能力创造能力,往往只适合于搞搞维修之类工作,却难以适应社会上各行各业不同要求。因此,在课堂教学中,不仅要注意书本现成知识的理论传授,更要注重培养学生的思维判断能力,依据理论解决实际问题的能力、自学探索能力等。
三、适当进行读图训练
读图即是阅读一些典型图例,弄清其信号通道、元件作用、电路功用及一些特殊环节的工作原理。《模拟电子技术基础》课程内容抽象,且很多概念有独立性,重复记忆少,学生难学易忘,并且往往是学完以后还不知这些知识用在何处,怎么联系。而一张综合电路图通常包含好几个单元的概念,覆盖面广,综合性强。读懂一张图可以帮助学生把各单元的知识,甚至其他学科的知识纵向、横向地联系起来,使知识系统化。同时,读图还是培养学生自学能力及分析判断能力的重要方法。实践证明,读图训练是提高学生学习兴趣、发展学生综合能力的有效途径,也是《模拟电子技术基础》课程一个必不可少的教学环节,它为教学双方提供了广阔的学习空间。
四、改善学生学习方法,提高学习能力
《模拟电子技术基础》要求学生既要掌握一定的理论知识,又需要学会分析电子线路。要使学生尽快适应电子技术基础的学习,在传授知识的同时,关键还要教给他们正确的学习方法,提高他们的自学能力,培养良好的学习习惯。我要求学生课前进行预习,把不懂的内容记录下来。听课时,有重点地听课,这样才能提高学习效率。其次,要求学生会记笔记,教会学生做好课堂笔记,有利于学生接受和掌握新知识。再后,要求学生课后复习,巩固课堂所学知识,加深对所学知识的理解,使之掌握得更牢固。
五、注重实践,培养创新能力
对于现在技工学校学生说,都具有文化程度参差不齐、理论基础水平较薄弱的特点,面对复杂且枯燥的理论推导以及难记的式子,学生往往缺乏学习热情。所以,在教学过程中我采用重实践,轻理论策略,这样既能激发学生的学习热情,又能通过实践来掌握理论,在实践中巩固理论,用理论指导实践,从而达到较好掌握知识、提高实践能力创新能力的目的。如在《模拟电子技术》半导体及放大电路教学中,其主要目的是使学生学习并掌握半导体器件的特性、使用、测试方法以及放大器工作原理等。我把一些实际单元电路小制作搬到课堂上,有针对性地把教材需要掌握的知识和单元电路融合起来,并且在实验报告编排上也下点功夫,就会收到事半功倍的效果。如:在《模拟电子技术基础》教学中,我安排一个功率放大器实验,其中包含变压、整流滤波、稳压电路、功率放大电路等,并在电路中设置一些测试点。通过实验可达到以下几个目的:学习万用表的使用;全波整流电路输出电压理论与实际值是否相符;稳压电路电压在电流波动或负载电流改变时是否保持稳定。经过这样的设计,学生的学习兴趣和学习热情就会大大提高。
六、多种教学方法和教学手段并存,调动积极性
针对《模拟电子技术基础》不同章节的不同内容,在授课过程中,通常主要采用以下几种教学方法:(1)多种方式提问。提问法主要是根据学生已有知识或实践经验,有目的,巧妙地提出问题。有的问题要学生讨论回答,有的则作为引入新课的悬念,不作回答,并且根据回答情况适时掌握教学进度,调整教材内容的深度,补充必要的知识内容。当然,针对不同的教材内容,教学的不同环节,采用不同的提问方式。在导入新课内容时,我一般采用启发式的提问,制造悬念,启发学生的思维。(2)激发求知欲,进行演示。演示教学是我在教学中向学生展示实验教具(或演示板)或做示范性实验等方式,让学生进入角色,使学生通过观摩获得感性知进而加深巩固理论知识理解的一种方法,并能使学生感到理论与生活更加贴近。(3)反复练习,进行章节测试。我在平时的教学中根据内容的重难点,反复去解同类练习题,从而达到巩固所学知识,提高解题技能技巧,找出教学薄弱环节。严格的练习和测验,还能使学生养成坚持不懈的学习习惯和严肃认真的学习态度。(4)利用类比法进行教学。我在平时的教学中内容相近的知识点进行讲授,利用类比法将它们总结在一起进行讲解、培养学生举一反三的能力,提高学习的效率。如在讲授分压式偏量电路的计算时,我通过比较分压式偏量电路与基本放大电路交流通路,得到两者的电路形式和原理虽然有很大的不同,但对交流信号来说,两者几乎完全一致,从而直接得出分压式偏量电路的放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro的计算公式。(5)善于总结,巩固知识。每一章节讲完之后,对该章节的内容要善于做一个归纳总结。总结过程是一个思考的过程,是对知识梳理和加工的过程。总结既可以由老师来完成,也可以由学生来完成。通过总结,让学生明确这一章节学了什么内容,应该掌握什么内容,与前面章节知识有什么联系和区别。对于模拟电子技术,适当的总结是很有必要的。特别是各种基本放大电路、功率放大电路的组成及功能,各种复杂的电子电路,总是由多种简单的功能不同的电路组成的。通过总结,我们对各种电路的区别,能不断加深印象,从而对各种复杂的电子电路能顺利划分成块,正确分析其电路原理。另外,对于平时在教学中使用的教学手段,在传统的“黑板—粉笔—一张嘴”的授课方式下,多挖掘好的教学手段,如自做电子小制作加强学生的理论实践性,采用集语音、图形、文本等诸多媒体的优点于一身多媒体技术来丰富平时的教学手段,使学生更快更好的掌握课本理论知识。
总之,要使学生能顺利学好《模拟电子技术基础》,其实是教与学的一个互动的过程,既要求我们培养学生正确的学习方法,又要求我们有合适的教学方法,好的教学方法还需要我们教师在教学过程中不断地探索和总结,这样才能适应国家大力发展技工教育的新形势,培养适应社会的全面的技能型人才。
参考文献
[1]杨爽爽.浅谈模拟电路课程教学现存问题及改进方法[J].民营科技,2011(05).
[2]朱敏.浅谈《模拟电子技术基础》教学方法研究[J].科技资讯,2009(33).
[3]高见.高职模拟电路课程改革初探[J].黑龙江科技信息,2008(34).
[4]邢春香,翟红艺,孙晓冰.模拟电路课程教学方法探索与实践[J].科技资讯,2010(24).
[5]张慧.浅议《电子线路》教学[J].科学大众(科学教育),2010(03).
[6]周跃佳,潘启明.现代教育技术在电子线路系列课中的应用[J].黑龙江科技信息,2010(19).
[7]刘小燕.关于模拟电路课程教学改革的探讨[J].科技风,2009(12).
[8]郭荣幸.归纳比较法在《模拟电子技术》教学中的应用[J].高师理科学刊,2008(04).
[9]胡昌奎,杨应平,黎敏,刘辛,易迎彦.光电信息类专业光纤系列课程教学内容与课程体系的改革[J].高等理科教育,2008(02).
[10]曾晓华.故障字典法在模拟直流电路故障诊断中的应用研究[J].科技资讯,2009(19).
[11]徐敏道.浅谈模似电子技术中的放大电路教学[J].中国水运(理论版),2006(05).
[12]李月乔,宗伟.“模拟电子技术基础”教学方法的思考与体会[J].电气电子教学学报,2007(05).
[13]李小辉.电子技术基础》教学探讨[J].科技资讯,2008(14).
[14]靳孝峰,梁超.《数字电子技术》课程的改革与实践[J].郑州航空工业管理学院学报(社会科学版),2008(04).
关键词:电路课程;教学改革;开放实验教学;考核方式
随着电子技术的飞速发展,新的电子器件层出不穷,微机结构的板块化、集成化程度也越来越高。这种情况下,低频分立元件电路还要不要学,计算机的一些相关基础课程要不要被淘汰?这一疑问让很多师生感到困惑。我们认为,对这一问题的回答应该是肯定的。电子器件可以不断更新,但电路拓扑结构、电路的思想不变,基本电子线路仍然是进行电子设计的依据。所以基础的电路知识不但要学,而且应该精通,应抓住主线,领悟其思想和精髓[1]。但是,由于电路课程本身概念多、理论性强,涉及很多微观方面的知识,因此很多学生产生厌学情学,教学效果普遍不好。真对上述问题,笔者结合多年的工程实践和教学经验,谈一谈关于计算机专业电路课程(电路基础和模拟电子技术部分)教学改革的建议和体会。
1课程体系、课程内容的改革与实践
1.1从实际出发,突出应用,合理调整与梳理课程体系
早前,计算机专业课程体系中,过分强调全面性和理论深度,连续开出“电路基础”、“模拟电子技术基础”、“数字逻辑设计基础”等3门电路课程,其难度不亚于相关电子专业课程,而且计算机硬件方面的课程也有烦杂重复的现象,导致的结果是学生对计算机硬件课程,特别是电路课程产生畏惧心里和厌学情绪。经过多年的教学实践,根据我院学生的实际情况和创新型应用人才的培养目标,适当对课程体系进行调整和梳理,取得较好的效果。我们把“电路基础”和“模拟电子技术基础”合并为“电路与模拟电子技术”,将计算机专业电路课程简化为两门,而为突出实践将两门电路实验单独开课、单独考核;注意“组成原理”与“微机原理”的衔接处理,适当削减理论学时,而突出实践,增加“单片机及应用”的教学课时;在原“电装实习”的基础上增开“嵌入式系统综合课程设计”,以提高学生综合应用和工程实践能力。
1.2以“必用、够用”为度,精心安排和选择课程内容
以往课程教材多是跟名校走,没有考虑学院学生的学习素养,不切实际的选择理论性很强的一些经典著名教材。改革之后,我们更加注重学生的基础和需求,选择教材或者自编讲义时强调理论联系实际、突出实践。目前选用高等教育出版社出版的高玉良的《电路与模拟电子技术》,并自编仿真实验与实物实验相结合的电路实验指导教材。理论教材的建议学时为80学时,而我们的计划学时为64学时。所以,选定教材之后,还应以“必用,够用”为度,精心选择授课内容,特别是电路的基本理论和经典内容。电路的基本理论是电路设计的基础,经典内容更不会在很短时间内发生大的变化,结合计算机专业特点恰当的介绍这些内容,有助于打牢学生的专业理论基础。但应注意基本内容的精简与深度,应以“必用、够用”为度,切忌繁杂和过于深入[2]。“必用”是指对于课程后继内容的学习必然要用到的和必需要掌握的内容,如电阻电路分析、电路的暂态分析、三极管及晶体管的基本原理、信号的运算与处理电路等,舍弃正弦交流电路和非正弦周期电流电路分析的大部分内容。“够用”是指基本内容的份量和深入程度应适当控制,如半导体三极管、场效应管等的物理结构和内部原理应简要通俗讲解,不宜过于深入。这样做,一方面是考虑到课程学时有限,而内容较多,必须保证基本理论和经典内容;另一方面是考虑到计算机专业的特殊需求,电子元件的学习应侧重于其功能和应用。
1.3突出应用,密切跟踪电子技术新发展,适当增加课程内容
当今电子技术发展迅速,新的电子器件层出不穷,电路的集成度也越来越高。就计算机专业而言,深入学习各种器件的物理结构和内部原理不现实,也没有必要。在掌握电路的基础理论,常用分立元件电路的分析设计之后,功能级器件的正确、灵活和创新应用显得尤为重要。例如,在信号的运算与处理章节,讲清楚基本的比例、加法、减法运算电路之后,引入基于集成运放的电压调理电路、恒流源电路的设计等实用内容。在直流电压源章节,讲清楚直流稳压电路的基本原理之后,引入流行的集成稳压器件稳压电路分析与设计等内容。另外,随着微电子技术和计算机技术的不断发展,EDA技术已成为电子工程设计的重要手段。EDA技术的广泛应用,使得电子技术向着更高、更新的层次飞速发展。而EDA技术,特别是电子电路的仿真技术在电路课程教学中也起到非常重要的作用。所以,我们在电路课程中引入Multisim进行电路仿真。这也极大的激发了学生学习电路的兴趣和积极性。
通过一系列的调整和改革之后,学生对学科的专业认同度大大提高,有更多的同学主动积极投入到专业的学习中,更多的同学计划毕业后从事专业工作,并对前景有一个好的预期。
2教学方法的改革与探索
2.1课堂教学结合实践,以新颖的实例培养学生兴趣
上好绪论课,在第一时间抓住学生注意力非常重要。课程开始,教师应结合实践,讲明课程在计算机科学专业知识体系中的地位以及在现实生活中的重要应用,引起学生的足够重视。例如,在绪论课堂上,笔者走进教室先指着天花板上的日光灯问同学其中镇流器的作用是什么、问为什么电风扇通电会转动等等一些同学们身边生活中的电路问题。接着告诉同学们,将要学习的晶体管、场效应管、运算放大器、稳压电源等等是后继“数字电路”、“组成原理”、“微机原理”的重要基础以及在其中的重要应用。通过绪论课,使学生有了要学好该课程的热情和兴趣,后面的关键是如何利用这种热情和兴趣,并使之保持下去。这首先要求教师熟练掌握教材,融汇贯通,将相对“孤立”和枯燥的内容讲得符合逻辑推理、讲得生动、引人入胜。例如,在讲到电路的基本概念、基本定律和基本分析方法时,笔者引入对偶性原理,告诉同学们对偶原理在生活中无处不在,引导学生以对偶性原理理解、分析问题[2]。这样以来,在抓住学生注意力的同时,使问题在合乎逻辑推理的情况下层层深入,并引发学生积极有效的思维活动。在整个学期,学生的学习积极性和对电路课程的兴趣一直保持较高的水平。
2.2板书结合多媒体教学
使用多媒体教学,能扩大课时容量,更为生动形象的传播知识,帮助学生更快的理解和记忆学习内容。但是,应根据课程的不同特点,恰当合理地使用多媒体教学,而不能为了省事滥用多媒体。曾看到不少教师在数学、电路等理论性较强的课程中,上课时一页一页地翻讲PPT,而学生一脸茫然,其授课效果可想而知。PPT课件由于其页页之间显示的间断性,不能给学生把握全局和理解问题的时间缓冲,而这一点对学生学习逻辑性较强的新理论尤为重要,如果稍不留神听讲,后面的课程内容就像听天书了。笔者根据多年实践经验认为,电路课程多媒体授课时间应该严格控制在30%以内。而且,多媒体授课不应是简单的播放PPT,而应该是适时利用即时演示和动画技术进行的形象教学。这可以使许多抽象和难理解的内容变得生动有趣,一目了然,既节约了课时,又提高了教学效果。例如,在讲到三极管内部载流子的运动时,可借助形象的动画,方便学生理解。还有,使用EDA软件进行电路仿真分析,可以简化理论推导,突出知识点的实用性,并且通过仿真软件的仪器仪表显示,使电路的物理过程更为形象直观。例如,在讲到一阶电路的暂态分析时,要分析电容的充放电过程,使用仿真软件可以当即取得波形图,并且通过图形使学生非常直观地看到各物理量的变化规律及各个关键点的函数值。
要说明的的是,以上观点并不是否定课件的重要性。内容丰富生动的高水平课件可以作为学生课后预习、复习、自学的重要资料,对于教学工作也起着非常重的要作用。
2.3 “互动式”教学
教师应明白教学相长的道理,课堂上营造师生共同参与、积极讨论的氛围,激发学生的学习主动性[2]。课堂上应鼓励学生提出与教材及老师意见不一致的想法,哪伯是错误的观点(当然老师不能放弃引导的责任),应激励学生把学到的知识相互渗透,前后贯通、综合运用,让学生坚持独立思考,敢于发表自己的见解。例如,笔者在每节课前五分钟总让学生来归纳讲解上节课的知识点,并根据讲解情况予以一定的加分。在几次尝试、鼓励之后便出现了争抢上台讲解、相互点评的热烈场面。另外,根据电路课程的特点,笔者在电路课堂教学中,普遍采用了“提问、讨论、归纳”的教学方法。对一个具体电路的分析求解,常常可以有多种方法。教师可以先提出问题,学生通过讨论后给出各种各样的思路和方法,然后通过比较和归纳来确定所分析的问题的一般方法和步骤。在这个过程中,每当学生以自己的方法解决了一个实际问题,就会觉得有成就感,这种感觉又会促进继续学习,形成良性循环,从而增强其学习主动性。而且,这一过程也培养了学生追求科学的思维方式,提高了学生分析问题、解决问题的能力。
2.4合理运用对偶性原理
对偶是客观世界中存在的一种特殊规律。在电路理论中,元件、参数、电路、定律、定理、分析方法之间都存在明显的对偶关系。因此,在电路教学中及早建立对偶概念并加以合理应用,有助于提高教学效果[3]。例如,在电路课程开始介绍电流、电压概念时,可从物理学中的对偶现象出发,提出对偶概念,说明电流、电压是一对对偶的电路变量,并指出对偶现象在电路理论中普遍存在,使学生有一个初步印象;在介绍基尔霍夫定律时,指出节点与网孔为对偶,基尔霍夫电流定律与基尔霍夫电压定律为对偶;在介绍电阻元件时,指出电阻与电导为对偶,电容和电感为对偶。经反复强化,学生建立起对偶的概念后,教师就应适时引导学生灵活运用对偶性原理。例如,学生对电压源较易理解,对电流源则感到抽象。学习电压源后,学生已经明确电压源是一种其两端总能保持一定的电压而不论流过的电流为多少的理想元件。这时,运用对偶概念指出,一定存在电压源的对偶元件,该元件应当是一种从其端钮上总能向外提供一定的电流而不论其两端的电压为多少的理想元件。这样引入电流源,学生觉得顺理成章,不会感到突然[3]。另外,在教学中,对于具有对偶关系的两个知识点,只须讲清、讲透其中一个,另一个则利用对偶性讲授,可缩短讲课时间,提高讲课效率。
3考核方式的改革与实践
课程考核是课程建设的一个重要方面。它是评价课程教学质量的重要手段,对课程建设起着引导和约束的作用 [4]。实践中,我们改变以往传统单一的期末考试考核方式,确定了把课程教学作为提高学生综合素质培养的重要环节,结果考核和过程考核相结合的考核目标,逐步形成了具有一定特色、方案合理、可操作性强的课程考核方式。课程考核的项目包括学生的出勤情况(占总分10%)、平时课堂表现,包括回答问题、课堂演讲等(占总分10%)、平时作业(占总分20%)、期中测评(占总分20%)和期末测评(占总分40%)。按时出勤可以培养学生的集体主义观念和遵守纪律的习惯,也是课程教学得以正常进行的必要条件。笔者的做法是全勤记10分,缺席一次扣2分,缺席五次取消该门课程考核资格。电路课程理论性较强,不通过大量的练习难以融会贯通、真正掌握基本内容,所以适当加重对平时作业的考核是否必要的。笔者的做法是学期总共批改五次作业,每次4分,根据作业的完成情况分四个档次,每个档次分别给为1分、2分、3分和4分。另外,为防止相互抄袭,限制作业必须按时完成,不得补交。为鼓励学生积极发言、同他参与讨论,激发学生的学习主动性,课堂表现考核显得十分重要。笔者的做法是主动回答问题、主动上台做题或演讲正确一次记2分,错误不扣分。笔试是学生对知识掌握情况的集中体现,占课程考核的比重大。通过以上课程考核方式的改革,取得了令人满意的效果。学期课程的平均出勤率达到98%以上,学生的学习兴趣和学习主动性明显提高,课堂教学秩序良好,气氛活跃,课后师生交流频繁,学习效果明显提高。另外,学生的综合素质也得以提高,表现出较强的独立思维、沟通协作、工程实践能力和敢于表现自我的勇气和信心。
4结论
以上是笔者针对计算机专业“电路与模拟电子技术”课程教学教改工作的一些看法和实践。表1是我院计算机系未实施改革前07级与实施改革后08级的学生课程调查及考核结果对比。
从表中可以看出,实施教学改革后,在教学内容、教学方法、考核方法和教学效果等各方面都得到了学生的高度评价,课程考核及格率也明显提升。当然,随着电子技术的飞速发展和课程改革的不断深入,电路课程的教学工作仍有大量有待探讨的问题,作者期待能进一步与同行切磋和交流。
参考文献:
[1] 马良花,刘晓亮. 模拟电子电路课程教学方法刍议[J]. 浙江交通职业技术学院学报,2009(3):45-47.
[2] 夏百战. 计算机专业“数字电路”教学探讨[J]. 杨凌职业技术学院学报,2006(3):68-70.
[3] 赵万明. 电路课程教学方法的探索[J]. 中国电力教育,2008(9):124-125.
[4] 陈洪亮,田社平. 基本电路理论课程考核方式改革的探索与实践[J]. 中国大学教学,2009(2):40-41.
Reform of Circuit Course in Computer Science
XIA Bai-zhan, SHI Shi-guang, LV Yi
(Department of Computer Science, Zhongshan Institute, University of
Electronic Science and technology, Zhongshan 528402,China)
关键词:电子; 电路; 电气隔离; 干扰
中图分类号:TN97 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(20156)01-191-001
1.引言
通过隔离元器件切断噪声干扰的路径是电路隔离的主要目的。使用电路隔离的方法后,大多数的电路都能够获得良好的抑制噪声干扰的效果,使设备达到电磁兼容性的要求。电路隔离的方法包括:数字电路的隔离、模拟电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离。
2.数字电路的隔离
数字电路隔离技术主要包括光电祸合器隔离、脉冲变压器隔离、光纤隔离以及继电器隔离等等。在几种隔离方式中,数字量的输出隔离主要采用光电耦合器隔离、继电器隔离或高频变压器隔离,数字量的输入隔离主要采用脉冲变压器隔离、光电祸合器隔离。
2.1脉冲变压器隔离
作为脉冲信号的隔离元件,脉冲变压器具有的匝数少,一次绕组和二次绕组分别绕于铁氧体磁芯两侧,分布电容特小(仅几pF)的优点。在微电子技术控制系统中,脉冲变压器传递输入、输出脉冲信号时不传递直流分量,所以得到了广泛的应用。一般来说,脉冲变压器的信号传递频率在1kHz~1MHz之间,新型的高频脉冲变压器的传递频率可以达到10MHz。
2.2光电耦合器隔离
光电耦合器隔离是用光电耦合器隔离输入信号与内部电路,或者隔离内部输出信号与外部电路。目前,多数光电耦合器件隔离电压都在2.5kV以上,有些光电耦合器达到了8kV,既有高速高频光电耦合器件,又有高压大电流大功率光电耦合器件。常用光电耦合器如:4N25,其隔离电压为5.3kV;6N137,其隔离电压为3kV,频率在10MHz以上。
3.模拟电路的隔离
模拟电路的隔离比较复杂,这主要取决于对传输通道的精度要求。当对精度要求越高时,其通道的成本就会越高。可是,当对性能的要求成为主要矛盾时,就应以性能为主来选择隔离元器件,而把成本放在第二位。反之,就应以价格为主来选择隔离元器件,而把性能放在第二位。模拟电路的隔离主要采用的方法包括:互感器隔离、变压器隔离、线性隔离放大器隔离和直流电压隔离器隔离等。
3.1供电系统的隔离
3.1.1交流供电系统的隔离。因为交流电网中存在着大量的谐波、高频干扰、雷击浪涌等噪声,所以由交流电源供电的电子电气设备和控制装置,都需要采取一系列措施来抑制自交流电源的干扰。抑制窜入交流电源中的噪声干扰的有效办法是采用电源隔离变压器。但是,普通变压器并不能达到完全的抗干扰作用。原因是一次绕组和二次绕组之间虽然绝缘,可以阻止一次侧的噪声电压、电流直接传输到二次侧,起到隔离作用。但由于分布电容(绕组与铁心之间,绕组之间,层匝之间和引线之间)的存在,交流电网中的噪声就会通过分布电容耦合到二次侧。这样为了能有效地抑制噪声,就必须在绕组间加屏蔽层,以此消除干扰,提高设备的电磁兼容性。
3.1.2直流供电系统的隔离。在电子电气设备的内部子系统与控制装置间需要采用隔离时,直流供电电源间也应采取隔离,隔离方式主要有两种:一是将隔离变压器加在交流侧,另一种是加入直流电压隔离器。
3.2模拟信号测量系统的隔离
在具有直流分量和共模噪声干扰比较严重的场合中,测量模拟信号时,必须采取措施将输入与输出完全隔离,做到彼此绝缘,将噪声耦合消除掉,这样对系统有两点好处:
3.2.1防止逻辑系统的工作紊乱:隔离系统防止了模拟信号的干扰,尤其是电力系统的接地干扰进入逻辑系统。
3.2.2防止有用信号淹没:在精密测量系统中,需要防止数字系统的脉冲波动干扰进入模拟系统,放大前信号都非常微弱,较小的骚扰波动信号就会把有用信号淹没掉。
4.数字电路与模拟电路的隔离
对于数字电路与模拟电路间的隔离,主要采用数/模转换装置,而对于有着高要求的电路而言,除了采用转换装置外,在其两端还需要分别添加模拟装置与数字装置的隔离装置元件。
我们主要通过模数转换器或数模转换器来实现模拟电路与数字电路之间的转换,模拟电路会受到数字电路中高频振荡信号的干扰,从而会影响测量的精度。为了减少高频干扰,一般采用模拟地与数字地分开布线的方法。
将光电耦合器加在A/D转换器与数字电路之间,排除来自数字电路的高频干扰,还不能从根本上解决模拟电路中的干扰问题,这是由于共模干扰和差模干扰没有得到有效的抑制,对于高精密测量场合,不能满足要求,仍存缺陷。
在具有严重干扰的测量场合,需要将信号接收部分与模拟处理部分进行隔离。在前置处理级与模数转换器(A/D)之间加入线性隔离放大器,将信号地与模拟地隔离开来,同时采用光电耦合器将模数转换器(A/D)与数字电路隔离,从而隔离了模拟地与数字地。这样既阻止了数字系统的高频干扰进入模拟部分,又阻断了前置电路部分产生的共模干扰与差模干扰。当然,这种造价较高的系统,一般只被用于高精度测量系统中。
5.结束语
当前,隔离技术已经在电子电气电路中得到广泛应用,使得电子电气设备在使用中更加安全,同时也减少了一定损耗。当然在产品的研制实践中,我们还要对电子电气设备的内部噪声及外部干扰进行全面的分析,从而选择最合理的隔离方式及恰当的隔离部位,设计出满足电磁兼容性要求的合格产品,造福社会。
参考文献:
[1]邱关源.电路[M]北京:人民教育出版社,1999
[2]冯慈章,马西奎.工程电磁学导论[M]北京:人民教育出版社,2000
[3]W.O亨利.电子系统噪声抑制技术[M]张忱(译).北京:国防工业出版社,1985
关键词:数字电路 EDA 设计系统 仿真
中图分类号:TN79 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2015)03-0102-01
数字电路的发展经过了电子管、半导体分立器件以及集成电等几个阶段,与模拟电路发展类似,到上世纪六十年代,数字电路逐渐发展成为了由双极型工艺制成的小规模、中规模的逻辑器件。随着计算机技术的不断发展,微处理器的出现,到七十年代末,数字电路在性能上又发生了飞跃性的变化。
1 数字电路与EDA实验设计系统
1.1 数字电路
数字电路即是以数字信号来对数字量进行运算的电路,包括算术运算与逻辑运算。由于数字电路同时具有逻辑运算与处理的功能,因此也被称为逻辑电路,是由若干数字集成器件所构成的。随着数字电路中可编程逻辑器件PLD的出现,以及现场可编程门阵列FPGA的发展,数字电子技术规模不断扩大,而在结合相应软件后器件功能更加完善,使用更加灵活。
1.2 EDA实验设计系统
EDA实验设计系统即电子设计自动化,是一种用软件设计方式对电子系统到硬件系统进行设计的新的实验设计系统。该系统的设计载体为大规模可编程逻辑器件,设计工具包括计算机、大规模可编程逻辑器件的开发设计与试验系统开发软件等。EDA实验设计系统的应用实现了逻辑编译、逻辑分割,以及逻辑综合、化简与优化,同时也实现了逻辑布局与仿真,进而对特定的目标芯片进行适配编译、逻辑映射、编程下载,最终形成集成电子系统。
2 数字电路及EDA的应用及意义
2.1 数字电路及EDA的应用
随着数字电路的迅速发展,EDA在科研、教学、产品设计中的应用逐渐扩大,尤其是在教育领域,电子科技类高校几乎都上设置了EDA 课程,包括EDA概念、原理的学习,以及VHDL 描述系统逻辑方法和EDA电子电路模拟仿真实验的学习等等。高校教学中,可借助CPLD/ FPGA 器件进行课程设计、实验教学、设计竞赛与毕业设计等,进而提升实验设备与设计电子系统的经济性、可靠性、快速性,使之容易实现,方便修改,更多的提供学生践动手的机会,达到提高学生分析能力、思维能力、创新能力、动手能力以及设计开发能力。
通过电路模拟工具来完成对电路的设计、仿真与调试等应用,CPLD/ FPGA 器件的开发可直接应用到少量产品的芯片中,也能够在具体的仪器设备中使用,同时也可以应用到大批量产品的芯片前期开发中,尤其是机电产品的改造与升级,能够大幅度的提升产品的性能、质量、技术含量等。
2.2 应用意义
首先,EDA实验设计系统是现代电子设计的原动力。数字电路与EDA实验设计系统技术的掌握,对广大的高职学生、等学历的电子工程师来说意义重大,并且势在必行,只有与时俱进掌握EDA 技术,才能够有效地提升设计效率,参与到世界电子工业市场竞争中来,得以长远的发展。EDA实验设计系统的发展是电子设计、电子产品发展,以及电子产业的一项技术革命,这对电子类课程教学也提出了更高的要求。理工科的高校都开设了此类课程,特别是对电子信息类专业的学生而言,在日常的教学过程、毕业设计等都可以借助CPLD/FPGA器件,使试验设备具有高可靠性,设计出的电子系统经济快速。通过以上方面的训练,学生的实践动手能力乃至创新能力大大提升。
其次,EDA实验设计系统能够增加电子设计的核心竞争力。电子技术发展迅速,电子产品更新换代时间很短,而EDA作为电子产品开发的原动力,掌握好该技术能够增加电子设计的核心竞争力。EDA技术在科研、产品设计以及教学等方面都发挥着很大的作用。在产品设计方面,无论从微处理器到彩电音响等,EDA技术不单在前期的工作中如计算机模拟仿真等,也在电子设备研制与电路板制作等过程中有很大的作用。在科研方面,其目的是利用有效电路工具进行电路设计仿真,将某些元器件应用开发到仪器设备中,利用虚拟的仪器进行产品调试。在传统的机电产品开发升级过程中,CPLD/FPGA的应用可提高传统产品的性能,提高产品的市场竞争力。对于电子产品的研发而言,EDA技术是赋予产品的源源不断的生命力,是现代电子设计核心所在。
3 结语
随着电子技术全面的纳入了EDA的范畴,而各学科也因电子自动界限变得更加模糊与相互包容,尤其体现在以下几个方面:
(1)ASIC作为基于EDA实验系统设计工具的设计标准单元,已经在IP核模块以及大规模的电子系统中得以运用;(2)硬件与软件IP核在电子自动化行业不断发展;(3)电子设计成果可能以自主知识产权的模式予以明确的表达和确认。
参考文献
[1]谢良友.SZX数字电路实验箱.湖南师范大学自然科学学报.第18卷第2期.1995.6.
[2]周仲.国产集成电路应用500例北京:电子工业出版社出版,1988.