电路的设计原理精选(九篇)

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第1篇：电路的设计原理范文

关键词：比较器 脉宽调制 电源管理

中图分类号：TN386 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0137-02

1 引言

电压比较器是一种常用的模拟信号处理电路，能够对两路电压信号进行比较，并判断哪个电压信号大（或小）。电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换、模数转换以及越限报警等许多场合。电压比较器通常由集成运放构成，且大多处于开环或正反馈状态。比较器的种类有多种，如零电平比较器、任意电平比较器、滞回电压比较器等[1]。在PWM模式的电源管理芯片中[2，3]，为了克服必须使用集成运放来构成比较器的问题，设计了一种电压比较器，该比较器结构简单，且转换速度快、鉴别灵敏度高，能够满足电源管理芯片的使用需求，并已被应用在实际电源管理芯片中。

2 电压比较器的基本原理

图1给出了电压比较器的符号及传输特性。其反相输入端加信号，同相输入端加参考电压。比较器一般是开环工作，其增益很大。所以，当时，输出为“高”。而当接近时，输出电平发生转换。其它时刻与可能差得很远（即）。电压比较器的输入为模拟量，可作为模拟和数字电路的接口电路，也可作为一位模-数转换器，在实际中有着广泛应用。

电压比较器可以用运放构成，也可用专用芯片构成。作为比较器的另一个重要特性就是转换速度，即比较器的输出状态产生转换所需要的时间。通常要求转换时间尽可能短，以便实现高速比较。比较器的转换速度与器件压摆率有关，越大，输出状态转换所需的时间就越短，比较器的转换速度越高。电压比较器一般为开环应用或正反馈应用，不需要相位补偿电容[4，5]

3 电压比较器的设计与仿真

电压比较器模块在电源管理电路中起着非常重要的作用，是电路的使能输入部分，表1是此模块的设计参数指标：

电压比较器的“2”输入端是电路的使能控制端，只有当“2”端输入电压高于3V时，比较器输出一个高电平使能信号，使驱动开关开启，让整个电路开始工作。图2是此比较器模块的电路图，其中Vin-和Vin+分别是比较器的反向和同向输入端，Vref-3是来自基准的偏置电压，R1和R2是输入端负载电路，Vand1，Vand2，S及g端均为同向输出端，c和d为反向输出端。其中，Vin-端接固定的3.7V稳定电压，当Vin+端输入大于3V时，T21管导通同时T22管截至，从而T68管导通，此时由于镜像作用，T67，T69，T70及T71均导通，且T63，T64，T65及T66均截至。导通的晶体管在各自的负载电阻上产生压降，从而同向输出端Vand1，Vand2，S及g端输出均为高电平，而c和d端输出为低电平。当Vin+端输入电压低于3V时，情况刚好相反。图3和图4分别为此电路同向端和反向端输出波形图。

通过以上的设计及电路仿真，得到其电参数仿真结果如表2所示。

4 结语

按照表1所示的设计要求，并通过对表1和表2的比较，电路的仿真结果在允许的误差范围内，符合设计要求，并且该电路模块在实际PWM电源管理芯片中运行良好。对于该电路的进一步优化将是深入研究的重点问题。

参考文献

[1]吴运昌.模拟电子线路基础.广州：华南理工大学出版社，2005.

[2]钟国华，吴玉广.PWM芯片分析及其振荡器电路的简化设计.半导体技术，2004，29（2）. 65-68.

[3]BryantBrad， Kazimierczuk MarianK.Open-Loop Power-State Transfer Function Relevant Current-Mode Control of Boost PWM Converter Operation in CCM. IEEE Transactions on Circuits and Systems.，2005， 52（10）. 2158-2164.

第2篇：电路的设计原理范文

关键词：光伏发电系统；DC/DC仿真；DC/AC仿真

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.142

独立型光伏发电系统系统结构如图1所示，主要有太阳电池组件（方阵）、控制器、储能蓄电池（组）、直流/交流逆变器等部分组成。光伏阵列发出的直流电通过器将其逆变为交流电供给负载，蓄电池将光伏阵列在白天发出的电能存储起来，并在夜间和阴雨天给负载供电。

1 独立型光伏发电系统构成

1.1 光伏电池组

光伏电池板又称太阳能电池板 Solar panel，是由若干个太阳能电池组件按一定方式组装在一块板上的组装件，通常作为光伏方阵的一个单元。通常做法是把片单体多晶硅电池串联在一起。在实际应用时，根据负载要求，自由组合组件达到输出功率的条件。

1.2 蓄电池组

蓄电池组是用电气方式连接起来的用作能源的两个或者多个单体蓄电池。白天太阳光照射到太阳能组件上，使太阳能电池组件产生一定幅度的直流电压，把光能转换为电能，再传送给智能控制器，经过智能控制器的过充保护，将太阳能组件传来的电能输送给蓄电池进行储存。

1.3 控制器

蓄电池充放电过程需要控制器来调节。光伏控制器是用于太阳能发电系统中，控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。

1.4 逆变器

逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于把直流电力转换成交流电，一般由升压回路和逆变桥式回路构成。升压回路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压；逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。

2 独立光伏发电系统逆变电源的要求

要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳能电池，提高系统效率，必须设法提高逆变电源的效率。 要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变电源具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变电源具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热，过载保护等。同时，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。

3 单相独立型光伏发电系统逆变电源主电路仿真

3.1 DC/DC变流电路仿真

直流升降压斩波电路仿真模型如图2所示，直流电源电压为100V，负载为带有电容滤波的电阻负载，电阻为2Ω ，滤波电容为1000μF 。开关采用IGBT，驱动信号由“Pulse Generator”环节产生，驱动信号频率为1000Hz，占空比为50%。此时电路的仿真波形为图3所示。

三幅波形中波形依次为驱动信号、负载电流、负载电压，此时电路已接近稳态。

3.2 DC/AC逆变电路仿真

单相全桥逆变电路仿真模型如图4所示，直流电源电压为100V，负载为电阻电感负载，电阻为1Ω，电感为0.01H，开关采用MOSFET，逆变器工作频率为50Hz，驱动信号由两个“Pulse Generator”环节产生，占空比为49.5%。此时电路的仿真波形为图5所示。

三幅波形中波形依次为负载电流、负载电压和开关管1的电压和电流，此时电路已接近稳态。

第3篇：电路的设计原理范文

关键词：多媒体课件；实践能力；网络课程

作者简介：安康（1981-），男，浙江杭州人，杭州师范大学钱江学院，讲师；孙亚萍（1980-），女，浙江杭州人，杭州师范大学钱江学院，讲师。（浙江 杭州 310012）

基金项目：本文系杭州师范大学钱江学院教学建设项目（项目编号：YS01207031001）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0071-02

“电路原理”是电子信息学科重要的一门专业基础课，本课程的教学目的是使学生掌握电路原理基本概念、分析方法以及电路实验基本技能。[1]通过制定“电路原理”课程教学大纲，正确把握学科专业课与本课程内容之间的关联性，为学生构建融会贯通的课程体系。为了在有限的学时内让学生能够快速掌握电路原理的知识结构，针对“电路原理”课程从教学模式、教学设计、实验实践性教学、网络课程建设、课程考核评价指标等方面进行改革，并对“电路原理”改革过程中的经验和体会做了总结。

一、课堂教学模式

“电路原理”课堂理论内容信息量大、涉及到很多数学公式，且电路图复杂。传统教学模式中教师通过在黑板上画电路图、书写数学公式等手段进行授课，不仅耗时且效果不明显。将多媒体教学融入到课堂教学环境中，加大课堂信息的传递量，提高课堂教学效果。多媒体教学课件采用PowerPoint制作，配有Flash MX动画演示，教师在课件制作过程中注意每节课教学内容的重点、难点，能够对上一节课的内容进行复习并引申出本节课讲授的知识点，使学生在接受新知识的同时能够将知识点串接，注重知识的融会贯通。针对电路课程抽象难理解的内容，采用电路仿真开发环境EWB，让学生感受抽象电路在实际电路中的运行状况，培养学生学习电路的兴趣。

二、课堂教学设计

教改之前“电路原理”课堂授课形式多为教师讲课，学生听课缺乏互动性，注意力分散，学习兴趣不高。[2]教改后，教师在授课过程中针对不同知识点采用随机提问的方式，促使学生对该问题进行思考和分析，此方法对于知识点掌握薄弱的同学效果尤其明显，因为他们担心自己回答不上来，脑部神经处于紧张状态，就能够集中注意力认真听课。在教学设计上，教师与学生共同参与到课堂教学活动中，学生为主体，教师通过引入问题、课堂讨论、仿真验证、问题讲解、知识点总结方式进行辅导。例如在讲解电路定理（戴维宁/诺顿定理）知识点时，通过引入一个工程问题让学生分小组讨论，教师可以对每组设计的方案进行点评，利用电路仿真环境对方案进行设计，确保课堂理论教学与实验教学无缝连接，使学生通过虚拟电路实验快速掌握知识点，培养学生学习方法和学习技能。

三、课程体系构建

教师在教学过程中尽可能使学生在有限的课堂教学时间内掌握“电路原理”的教学内容，[3]注重“电路原理”课程与后续专业课程之间的衔接，统筹安排。精选出基本、实用与后续课程联系紧密的内容，删减应用性不强的内容。例如讲解一阶/二阶电路时域分析知识点时，讲清楚电路的物理概念，降低该章习题的难度，其中卷积积分、频率响应、状态方程等复杂内容放到“信号与系统”课程中讲解。另外对于“电路原理”课程中含有运算放大器的电阻电路章节，虽然该章节内容在“模拟电子线路”课程中作为精讲内容，但是为了让学生尽早对专业知识有更清楚的认识，考虑把该部分内容作为学生自学章节，教师提前布置自学题目，学生通过查询专业资料自学本章，教师给学生一定的指导，结束后学生归纳知识点完成读书报告，作为平时成绩计入总评。通过自学让学生对运算放大器的概念及应用有大致的了解，不仅解决课程之间课堂教学内容重复问题，同时培养学生自学能力，让学生知道学习该门课程的价值所在。

四、实践性教学环节

“电路原理实验”是一门重要的实践课，教师把电路原理实验贯穿在“电路原理”课堂教学整个过程中，学生通过把学到的理论知识运用到实验实践中，加深对电路的理解，巩固课堂所学的理论知识，培养学生动手操作能力。

1.EWB 电路仿真环境

无论是“电路原理”课堂教学还是实践教学，EWB电路仿真贯穿于电路原理教学整个过程中，该仿真软件功能强大，操作方便，能够将虚拟电路环境与真实电路实验相结合，提高学生综合应用能力。虚拟实验仿真前，需在开发环境下根据设计的方案搭建电路进行仿真，然后在电路实验平台上面调试电路，在实践过程中验证电路设计的正确性，需要在此阶段培养学生调试过程中分析问题、解决问题的能力。另外虚拟电路仿真环境能够设置一些电路故障以及边界值，不会对电子元器件和实验仪器造成损坏，减少实验过程中因学生操作不当损坏电子器件的问题。

2.电路平台实验

依据电子专业特点，注重学生动手能力的培养，教研组编写一套符合自己专业特色的电路原理实验指导书，授课计划共开设八个实验：基尔霍夫定律的验证；受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究；叠加原理的验证；戴维宁定理和诺顿定理的验证；RC一阶电路的响应测试；用三表法测量交流电路等效参数；RLC串联揩振电路的研究；功率因数及相序的测量。

每个实验都包含有实验目的、实验原理、实验设备、实验内容、实验注意事项、预习思考题和实验报告。另外教师还设计了需要学生课后自学的实验比如关于EWB Multisim仿真软件的学习。实验中注意学生操作时容易出问题的地方。例如试验“基尔霍夫定律的验证”，因为该实验涉及到依据基尔霍夫电压/电流定律列写方程，需要对电路设定参考方向再列写KCL/KVL方程，但是学生初次接触电路，对参考方向的理解比较欠缺，单纯的课堂理论讲解使学生对参考方向掌握情况还不够深刻，经过这个实验的验证，学生动手测量和操作，对参考方向有较深的理解，做习题时慢慢养成分析电路前设定电路参考方向再求解的习惯。

3.电子线路课程设计

在学生具备电路软件仿真和硬件调试能力基础上，为了进一步加深学生对电子线路的理解和掌握，将电子线路课程设计引入到“电路原理”课程实践性教学环节中。学生自主选题，自行设计，根据需求指标设计方案，采用EWB对方案进行仿真，验证设计的方案是否可行，制作硬件调试系统，在调试过程中学生查阅资料对硬件进行修改调试，在实践中不断改进系统。教师在学生课程设计期间给予适当辅导，学生作为主角在实践中培养自己动手操作能力，为参加各类电子设计大赛和毕业设计做好前期工作准备。

五、“电路原理”网络课程建设

结合现代教学手段，利用网络资源，建立“电路原理”教学网站，为学生自主学习提供良好教学平台，“电路原理”网络课程网址：http：//221.12.26.150/tea_main.jsp。电路网络课程建设框架主要从四个方面进行：教学信息资源包括教师信息、课程信息以及课程调课、停课、考试等信息及时反馈给学生；课堂理论教学资源包括多媒体课件以及教师批改完每章作业后设置的该章作业的答案以供学生查看，学生通过及时下载作业资源找出自己做错的地方，不断改进。另外电路自学章节选题部分教师均通过网络平台，方便快捷；实验实践教学资源包括实验课件以及实验仿真环境，网络平台中建立虚拟仿真实验室，学生可以针对硬件实验平台设计实验方案、仿真分析，提高硬件调试成功的概率，培养学生创新能力；师生互助学习资源通过开展答疑讨论、作业提交、自主测试、课程反馈等模块，为教师网上教学和答疑提供便捷的手段。

六、课程考核评价指标

“电路原理”课程考核主要从理论考核和实验实践考核两方面进行。考核成绩构成如下：期末成绩占55%，期中成绩占15%，平时成绩占30%。期末考核主要采用笔试的方式进行，期中考核可以采用笔试的方式进行考核，也可以通过制作电子系统提交论文的方式考核，平时成绩考核包括学生课堂教学与实验教学出勤率、课堂提问、读书报告完成情况、课程作业和实验考核构成，其中实验考核包括实验报告部分（报告能够体现实验基本理论、实验设计理念、实验数据分析）以及实验操作部分（考核仪器仪表的规范使用、电路测试能力等）。通过给予平时成绩灵活的权重，建立多元的、综合性的总评制度，尤其对学生创新的、探讨性的观点给予鼓励和支持。

七、总结

“电路原理”课程经过电子教研室教师的共同努力，以电子专业2010级和2011级“电路原理”课程考核成绩为依据，学生基本上能够较好地掌握电路原理的知识点，部分同学能够对电路灵活设计，学生整体的科研能力有了显著提高。“电路原理”课程改革涉及面广，改革过程中存在很多问题，还需要电子教研室教师不断地努力和探索，紧跟社会的发展方向，将“电路原理”课程的教学改革进一步深化。

参考文献：

[1]周茜，徐亚宁.《电路分析基础》课程教学设计的创新与实践[J].桂林电子工业学院学报，2004，24（4）：113-116.

第4篇：电路的设计原理范文

关键词：课程体系改革；教学内容优化；集成电路设计

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）34-0076-02

以集成电路为龙头的信息技术产业是国家战略性新兴产业中的重要基础性和先导性支柱产业。国家高度重视集成电路产业的发展，2000年，国务院颁发了《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》（18号文件），2011年1月28日，国务院了《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》，2011年12月24日，工业和信息化部印发了《集成电路产业“十二五”发展规划》，我国集成电路产业有了突飞猛进的发展。然而，我国的集成电路设计水平还远远落后于产业发展水平。2013年，全国进口产品金额最大的类别是集成电路芯片，超过石油进口。2014年3月5日，国务院总理在两会上的政府工作报告中，首次提到集成电路（芯片）产业，明确指出，要设立新兴产业创业创新平台，在新一代移动通信、集成电路、大数据、先进制造、新能源、新材料等方面赶超先进，引领未来产业发展。2014年6月，国务院颁布《国家集成电路产业发展推进纲要》，加快推进我国集成电路产业发展，10月底1200亿元的国家集成电路投资基金成立。集成电路设计人才是集成电路产业发展的重要保障。2010年，我国芯片设计人员达不到需求的10%，集成电路设计人才的培养已成为当前国内高等院校的一个迫切任务[1]。为满足市场对集成电路设计人才的需求，2001年，教育部开始批准设置“集成电路设计与集成系统”本科专业[2]。

我校2002年开设电子科学与技术本科专业，期间，由于专业调整，暂停招生。2012年，电子科学与技术专业恢复本科招生，主要专业方向为集成电路设计。为提高人才培养质量，提出了集成电路设计专业创新型人才培养模式[3]。本文根据培养模式要求，从课程体系设置、课程内容优化两个方面对集成电路设计方向的专业课程体系进行改革和优化。

一、专业课程体系存在的主要问题

1.不太重视专业基础课的教学。“专业物理”、“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”是集成电路设计的专业基础课，为后续更好地学习专业方向课提供理论基础。如果基础不打扎实，将导致学生在学习专业课程时存在较大困难，更甚者将导致其学业荒废。例如，如果没有很好掌握MOS晶体管的结构、工作原理和工作特性，学生在后面学习CMOS模拟放大器和差分运放电路时将会是一头雾水，不可能学得懂。但国内某些高校将这些课程设置为选修课，开设较少课时量，学生不能全面、深入地学习；有些院校甚至不开设这些课程[4]。比如，我校电子科学与技术专业就没有开设“晶体管原理”这门课程，而是将其内容合并到“模拟集成电路原理与设计”这门课程中去。

2.课程开设顺序不合理。专业基础课、专业方向课和宽口径专业课之间存在环环相扣的关系，前者是后者的基础，后者是前者理论知识的具体应用。并且，在各类专业课的内部也存在这样的关系。如果在前面的知识没学好的基础上，开设后面的课程，将直接导致学生学不懂，严重影响其学习积极性。例如：在某些高校的培养计划中，没有开设“半导体物理”，直接开设“晶体管原理”，造成了学生在学习“晶体管原理”课程时没有“半导体物理”课程的基础，很难进入状态，学习兴趣受到严重影响[5]。具体比如在学习MOS晶体管的工作状态时，如果没有半导体物理中的能带理论，就根本没办法掌握阀值电压的概念，以及阀值电压与哪些因素有关。

3.课程内容理论性太强，严重打击学生积极性。“专业物理”、“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”这些专业基础课程本身理论性就很强，公式推导较多，并且要求学生具有较好的数学基础。而我们有些教师在授课时，过分强调公式推导以及电路各性能参数的推导，而不是侧重于对结构原理、工作机制和工作特性的掌握，使得学生（尤其是数学基础较差的学生）学习起来很吃力，学习的积极性受到极大打击[6]。

二、专业课程体系改革的主要措施

1.“4+3+2”专业课程体系。形成“4+3+2”专业课程体系模式：“4”是专业基础课“专业物理”、“半导体物理”、“固体物理”和“晶体管原理”；“3”是专业方向课“集成电路原理与设计”、“集成电路工艺”和“集成电路设计CAD”；“2”是宽口径专业课“集成电路应用”、“集成电路封装与测试”，实行主讲教师负责制。依照整体优化和循序渐进的原则，根据学习每门专业课所需掌握的基础知识，环环相扣，合理设置各专业课的开课先后顺序，形成先专业基础课，再专业方向课，然后宽口径专业课程的开设模式。

我校物理与电子科学学院本科生实行信息科学大类培养模式，也就是三个本科专业大学一年级、二年级统一开设课程，主要开设高等数学、线性代数、力学、热学、电磁学和光学等课程，重在增强学生的数学、物理等基础知识，为各专业后续专业基础课、专业方向课的学习打下很好的理论基础。从大学三年级开始，分专业开设专业课程。为了均衡电子科学与技术专业学生各学期的学习负担，大学三年级第一学期开设“理论物理导论”和“固体物理与半导体物理”两门专业基础课程。其中“固体物理与半导体物理”这门课程是将固体物理知识和半导体物理知识结合在一起，课时量为64学时，由2位教师承担教学任务，其目的是既能让学生掌握后续专业方向课学习所需要的基础知识，又不过分增加学生的负担。大学三年级第二学期开设“电子器件基础”、“集成电路原理与设计”、“集成电路设计CAD”和“微电子工艺学”等专业课程。由于“电子器件基础”是其他三门课程学习的基础，为了保证学习的延续性，拟将“电子器件基础”这门课程的开设时间定为学期的1～12周，而其他3门课程的开课时间从第6周开始，从而可以保证学生在学习专业方向课时具有高的学习效率和大的学习兴趣。另外，“集成电路原理与设计”课程设置96学时，由2位教师承担教学任务。并且，先讲授“CMOS模拟集成电路原理与设计”的内容，课时量为48学时，开设时间为6～17周；再讲授“CMOS数字集成电路原理与设计”的内容，课时量为48学时，开设时间为8～19周。大学四年级第一学期开设“集成电路应用”和“集成电路封装与测试技术”等宽口径专业课程，并设置其为选修课，这样设置的目的在于：对于有意向考研的同学，可以减少学习压力，专心考研；同时，对于要找工作的同学，可以更多了解专业方面知识，为找到好工作提供有力保障。

2.优化专业课程的教学内容。由于我校物理与电子科学学院本科生采用信息科学大类培养模式，专业课程要在大学三年级才能开始开设，时间紧凑。为实现我校集成电路设计人才培养目标，培养紧跟集成电路发展前沿、具有较强实用性和创新性的集成电路设计人才，需要对集成电路设计方向专业课程的教学内容进行优化。其学习重点应该是掌握基础的电路结构、电路工作特性和电路分析基本方法等，而不是纠结于电路各性能参数的推导。

在“固体物理与半导体物理”和“晶体管原理”等专业基础课程教学中，要尽量避免冗长的公式及烦琐的推导，侧重于对基本原理及特性的物理意义的学习，以免削弱学生的学习兴趣。MOS器件是目前集成电路设计的基础，因此，在“晶体管原理”中应当详细讲授MOS器件的结构、工作原理和特性，而双极型器件可以稍微弱化些。

对于专业方向课程，教师不但要讲授集成电路设计方面的知识，也要侧重于集成电路设计工具的使用，以及基本的集成电路版图知识、集成电路工艺流程，尤其是CMOS工艺等相关内容的教学。实验实践教学是培养学生的知识应用能力、实际动手能力、创新能力和社会适应能力的重要环节。因此，在专业方向课程中要增加实验教学的课时量。例如，在“CMOS模拟集成电路原理与设计”课程中，总课时量为48学时不变，理论课由原来的38学时减少至36学时，实验教学由原来的10学时增加至12个学时。36学时的理论课包含了单级运算放大器、差分运算放大器、无源/有源电流镜、基准电压源电路、开关电路等多种电路结构。12个学时的实验教学中2学时作为EDA工具学习，留给学生10个学时独自进行电路设计。从而保证学生更好地理解理论课所学知识，融会贯通，有效地促进教学效果，激发学生的学习兴趣。

三、结论

集成电路产业是我国国民经济发展与社会信息化的重要基础，而集成电路设计人才是集成电路产业发展的关键。本文根据调研结果，分析目前集成电路设计本科专业课程体系存在的主要问题，结合我校实际情况，对我校电子科学与技术专业集成电路设计方向的专业课程体系进行改革，提出“4+3+2”专业课程体系，并对专业课程讲授内容进行优化。从而满足我校集成电路设计专业创新型人才培养模式的要求，为培养实用创新型集成电路设计人才提供有力保障。

参考文献：

[1]段智勇，弓巧侠，罗荣辉，等.集成电路设计人才培养课程体系改革[J].电气电子教学学报，2010，（5）.

[2]方卓红，曲英杰.关于集成电路设计与集成系统本科专业课程体系的研究[J].科技信息，2007，（27）.

[3]谢海情，唐立军，文勇军.集成电路设计专业创新型人才培养模式探索[J].电力教育，2013，（28）.

[4]刘胜辉，崔林海，黄海.集成电路设计与集成系统专业课程体系研究与实践[J].教育与教学研究，2008，（22）.

第5篇：电路的设计原理范文

关键词： “维修电工技能训练”; 理实一体化;教学方法

“维修电工技能训练”是一门针对高级维修电工考证开设的课程。

它以实践为主，但是没有扎实的理论基础，实践就将出现问题。笔者在教学过程中可明显地体会到这点。很多学生知其然，不知其所以然，缺乏解决问题的能力。所以理论是基础，非常重要。但是，学生往往不喜欢学习理论，或是理论与实践脱节，无法用理论指导实践。根据这些情况，笔者采用了理实一体化的教学方法。

下面以“维修电工技能训练”课程中的PLC控制电路教学为例，探讨教学方法。

一、实物演示，从现象到原理

电路的原理非常重要，如何能讲清楚是个难题，让枯燥的原理分析变得生动些更不容易。传统的教学习惯根据原理图分析电路，然后得出电路的现象。这样的教学就显得死板。如果先从电路的现象入手，通过视频演示、实物演示等方法引起学生兴趣，然后引导学生思考，再来分析原理，效果将会好很多。

PLC控制电路总共有三个考核电路。每个电路的控制方法不同，现象也不同。每个电路都事先连接好，用实物投影或者录像的方式演示电路的现象，先让学生有初步的认识，然后让学生根据电路图分析电路的原理。这样一来，大大提高了学生的积极性，教师适时地引导学生思考，师生共同分析原理，课堂气氛活跃起来。例如，第一个项目是电机的双速控制，如何让电机双速运行、主电路如何连接是难点。很多学生只能机械地按照原理图连接，却不能理解原理，操作起来非常死板、呆滞，容易出错。教师如果先展示电机的双速运行，引出如何连接的问题，再点出双速电机的三相绕组的内部结构特点，从绕组的接线变化角度分析变速原理。学生对原理有了根本的理解，接线时就显得从容自如，连接方法也多样化。又如，电机的制动是个较为抽象的概念，但是直接演示电机的迅速停止，学生马上就能理解。

二、教学做融合

教师教是为了学生学，学生学是为了做，所以教学做是一体的。教的方法是根据学的方法，学的方法是根据做的方法。一件事要怎么做就要怎么去学，怎么学就要怎么去教。不管教学做还是做学教都离不开做，做要在学和教的基础上才能做得更好。教学做是相互联系的，不可分割，故称为教学做融合。

一个控制电路的分析内容较多，包括原理分析、程序分析设计、电路接线图设计。大量的信息很容易造成学生的学习疲劳，降低学习的效果。所以，将讲解内容分解成块，边教边学边做可以降低教学难度。例如，对于电路的接线图设计，教师在分析设计的思路技巧之后，分发设计图纸，让学生边学边设计。在教师的引导下，学生有思路，在设计时有很高的兴致，碰到难点，也可以一起讨论，气氛活跃。

三、理论实践交替进行

教学的开始是先教再实践，但是实践后，还是要回到理论，实践与理论相结合，从而更进一步地指导实践。这个环节是最重要的环节。通过学生的实践效果来看，往往很难将电路的运行现象与电路原理联系。理实交替更多应用在电路出现问题的时候。分析电路的故障原因，是对理论的回顾，更是进一步地理解实践的意义。教学方法是：学生电路连接好后，选择几个有问题的电路板，通过实物投影的方式展示给全部学生，一起分析故障的现象，结合理论，从而判断故障出现点。例如，可以首先观察PLC的指示灯。因为电路是PLC控制的电路，先要确定PLC正常。个别电路板PLC指示灯正常，电路却没有反应，那么判断是连接上出问题。回顾设计的I/O接线图与实物接线图，分析故障点。在这个过程中，结合线路分析，就能很好地巩固设计的知识。又如，如果能耗制动电路制动效果失效，那么首先可以对电路其他部分的功能进行肯定，缩小故障范围。然后分析制动的原理，是哪些电器控制制动，判断故障点。在故障排除的同时，进一步理解了制动原理与效果。

“维修电工技能训练”课程理实一体化教学在实践过程中提高了教学质量，学生积极性也大大提高，今后还需要不断探索实施的手段。

参考文献：

[1]白洁.浅析将维修电工考证融入课程教学中的方法[J].南昌教育学院学报，2012（07）.

第6篇：电路的设计原理范文

模拟电路课程支撑的能力包括：阅读电子元器件技术文件和电原理图的能力、单元电路设计能力、电路综合设计能力、计算机辅助设计能力、编写设计文件的能力。依据能力目标的不同，可以划分不同的任务类型，并据此确定任务目标，设计任务结构。

关键词：模拟电路电路设计教学模式

以大规模集成工艺为依托的各种数字电路问世以来，由于其相对模拟电路的高可靠性和灵活性，逐渐取代了各种传统的模拟电路的应用领域。但是现实的物理世界毕竟是模拟的，因此，任何数字化系统都包含有模拟电路部分，模拟电路并没有因数字电路的兴起而被完全取代。模拟电路课程仍然是电子工程、电气工程、自动控制、通信等涉电类专业的核心课程之一。

模拟电路课程的重要性还在于无论从工程技术还是专业能力结构而言，模拟电子技术都处于较为底层的位置，通过该课程的学习获取的知识、经验、工程技术方法是顺利学习上述专业几乎所有其它专业课程的基础。

模拟电路是教学难度相对较大的课程。其学习的困难性在于，学生是第一次接触以半导体器件为核心的有源电路；模拟电路“数字化”、结构化程度低，表现出的物理现象和涉及的数学工具又较为复杂；模拟电路的工程技术方法很难实现程序化，常常需要依赖经验知识解决问题。

电路设计是电子技术人员的工作邻域和具有典型性的工作过程，模拟电路设计过程相当完整地体现了模拟电路技术应用能力的内容和要求。构建基于模拟电路设计的学习任务，依据设计工作过程组织教学活动，能够较好地实现培养模拟电子技术应用能力的教学目标。

1、工作过程、能力与任务类型

一个较完整的电子系统电路设计的工作过程，包括：技术指标分析，方案设计，单元电路设计与参数调整，电路综合联调与性能测试。通过对模拟电路设计工作内容和过程的分析，完成电路原理设计过程必须具备的、应由模拟电路课程支撑的能力包括：阅读电子元器件技术文件和电原理图的能力、单元电路设计能力、电路综合设计能力、计算机辅助设计能力、编写设计文件的能力。因此模拟电路课程的学习任务有4种类型：识读电原理图和技术资料、单元电路设计与电路综合、计算机仿真测试、编制设计文件。

单元电路设计与电路综合是基本任务，它引领其它类型任务和整个项目的实施完成。

不同类型的任务可以根据设计任务的需要和本身的复杂程度，作为单独的任务存在，与相关的设计任务共同组成学习项目，也可以作为完成设计的准备知识存在于设计任务之中。例如，反馈放大器设计可以作为一个学习项目，由识读反馈放大电路原理图、反馈放大电路性能分析、反馈放大电路设计3个关联的任务组成。

识读电原理图和阅读元器件技术文件是基本能力。电路设计，特别是在原理设计和电路结构设计时，极少原理性的创新，绝大多数是对已有电路的适用性改进和重新组合，这种改进和组合需要阅读已有的设计资料，借鉴他人的技术经验和成果；为提高电路性能，降低成本，提高工作效率，往往需要在电路中采用新出现的电子元器件，例如集成电路芯片，需要阅读生产方提供的产品规格书及典型应用电路。识读电原理图和技术文件对于形成和提高电路设计能力具有基础性的意义。

目前，电子电路计算机辅助设计（EDA）包括电子工程设计的全过程，例如系统结构模拟、电路特性分析、在系统可编程器件开发、绘制电路图和制作PCB。在电子工程设计中有着不可替代的重要作用，是电子工程技术人员必须具备的专业技术能力之一。在模拟电路课程的学习任务中，主要是指应用计算机完成电路图绘制、电路性能和参数的仿真测试与分析、编制设计文件等工作。

在电路设计的实际工作过程中，编写设计文件是重要的工作内容和不可缺少的环节。没有设计文件，无法进行初步设计完成以后的后继工作。对于学习任务而言，编写设计文件，是一个总结和提高的过程，有利于培养交流沟通能力和养成严谨的工作态度。设计文件也是判断和评价项目或任务完成情况的重要依据。

2、任务目标

(1)电路识读任务，是对针对设计任务收集技术资料（主要是可供设计参考的电路）并进行分析，属于电路设计的准备工作，任务的目的是为完成设计任务建立必要的知识储备。大致分为互相关联的3个层次：1)识别元器件符号、功能和主要技术指标。依据符号识别电路中的元器件是读图的基础，作为专业入门课程，对此应该给与一定程度的注意，要能够识别和了解符号的含义、主要器件功能和技术指标。根据电路中使用的核心器件，往往可以判断电路的功能。2)区分电路单元，判断电路功能。较复杂的电路系统都由单元电路构成，功能单一的单元电路也可以进一步分解为部分电路，例如放大器可分为输入级、中间级和输出级；稳压器可分为整流和稳压部分。对部分电路功能的分析，得出对整个系统功能的判断，并作为下一步工程估算的基础。3)指出电路的结构特点，估算分析电路技术指标。分析电路形式与结构，可以得出电路大致的技术性能指标，定性判断元器件参数对电路性能的影响。例如对放大器输入级、输出级电路形式和结构的分析，可以大致得出放大器的输入、输出特性；对中间级的分析，可以大致判断放大能力；依据级间耦合方式，可以判断放大器频率响应范围；甚至电源电压也可以据以分析放大器输出信号幅值。

(2)设计任务目标包括典型单元电路设计与电子线路综合设计，在定性分析的基础上实现定量估算，自顶向下完成初步的设计。依据设计工作过程，可以分解为以下阶段目标。1)正确理解任务要求，分析各项技术指标的含义。仔细研究任务的工程背景和要求，正确分析和理解各项技术指标的含义，分析实现任务要求的技术途径，这是完成设计的前提条件。2)设计总体框图，分配技术指标。参考与任务相同或相近的电路方案，选用能够满足技术指标要求的核心器件，完成方案论证。对于同一个任务，实现的方案可以有多个，应具备将不同方案加以分析、比较的能力，从中确定一种相对较优的方案。

依据选定的方案按照功能划分成若干个互相联系的模块，将技术指标和功能分配给各个模块。3)单元电路设计。依据模块的功能和技术指标要求，参考典型电路，确定电路结构，计算元器件参数完成单元电路的初步设计。4)仿真测试。模拟电路，比如放大器、滤波器等的参数比较繁琐，需要进行多次调整才能达到技术指标要求。要能够在计算机上对单元电路仿真测试，修改电路参数，观测性能指标，直至满足技术指标要求。5)电路联调，测试技术指标。在单元电路完成逐步设计的基础上，通常依据信号流向，逐级完成级联和调试直至全部电路调试完成，系统技术指标达到设计要求。这个过程是电路综合的过程，也可以在计算机上模拟仿真实现。

(3)仿真测试调整任务的目标是在电子电路设计过程中实现较为精确的量化分析。其作用主要表现在3个方面。[3]1)验证电路方案设计的正确性。当要求的系统功能确定之后，首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证系统方案的可行性，进而对构成系统的各单元电路结构进行模拟分析，以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。2)电路特性的优化设计。分析恶劣温度条件下的电路特性，计算分析器件容差对电路的影响量，用于确定最佳元器件参数、电路结构以及适当的系统稳定裕度，实现电路的优化设计。3)实现电路的模拟测试。电子电路的设计过程中大量的工作是元器件参数计算、各种数据测试及特性分析。在工程估算的基础上，通过仿真测试与分析加以调整，能有效提高设计工作的效率。4)技术文件编写要求在完成电路设计的同时编写尽可能详细的符合工程标准的技术文件，包括方案设计说明、原理框图、电原理图、原理与技术说明、元器件参数计算、技术指标与特性测试数据、元器件清单等。

3、任务结构及实施

一个典型的电路设计任务由工程背景描述、任务要求、基础知识学习、设计方法与步骤、电路设计等学习单元组成。

3.1工程背景描述

工程背景描述的内容主要包括电路功能、工程应用背景、技术发展背景介绍。工程背景描述的实质是“提出问题”，工程背景描述尽可能选择具有典型性的电子工程问题为实例，解决关于学习目标的问题。

3.2 任务要求

设计任务必须具备明确的工程应用背景，必须提出具体的设计要求（技术指标）。例如交流放大器设计任务，应明确提出工作频率、信号源、输出特性、输入特性、工作稳定性等要求等技术指标。提出任务要求，应依据由浅入深循序渐进的原则，从体现基本功能的一两个技术指标开始，逐步增加技术指标数量，提高设计难度。

3.3基础知识学习

基础知识学习包括任务分析、相关理论知识学习、参考方案与参考电路分析及相应的基础练习等。基础知识的学习包括理论知识、技术知识、经验知识和经验技能的学习。理论知识是重要的，因为它是能力的组成部分，同时对于学生的发展能力起到更为持续和关键的作用。在工程实践中学习和使用的理论知识才能被真正掌握并形成能力，因此应该以实现电路设计任务为依据，确定理论知识的学习内容和学习深度，力求将理论与实践、数学方法与物理概念更紧密地结合起来。

提供设计参考的电路必须是工程电路，但学习是一个循序渐进的过程，基础知识的学习会使用原理电路为学习对象，原理电路不能仅有电路结构和元器件标号，也要标注元器件主要参数，使学生在定性分析阶段就能对电路参数有直观的影像，逐步建立数量观念，这对于初次接触模拟电路的学生是十分重要的。

3.4设计方法与步骤

不同功能和结构的电路，具体的设计内容、方法与步骤各不相同。甚至同样功能的电路，技术要求不同，设计时考虑的重点、设计依据、电路结构等均有区别，但工程估算是贯穿整个设计过程始终的基本方法。

以反馈放大器为例，设计步骤如下:

选择反馈组态，选择反馈深度，选择反馈级数，确定放大级数，确定输入级、中间级、输出级的电路结构，计算电路参数，仿真测试和参数调整。容易理解，上述步骤都必定建立在必要的工程估算的基础之上。

3.5 电路设计

这是学生在相对独立的情况下，完成电路设计的过程。尽量采用与前面4个学习单元及撰写设计文件交叉进行的方式实施。

不同类型的学习任务，其结构不尽相同。但区别主要是在(4)、(5)两部分。

不同类型的学习任务以“定性分析、工程估算与仿真测试调整相结合”的方法实现。

4、结语

电路设计在知识的运用上不同于单纯的电路分析与计算，依据模拟电路原理设计过程构建学习任务，组织和实施教学过程，不仅能够有效控制理论知识学习深度，促使学生较为自主地获取经验知识，并在获取知识的同时实现知识转换为技术应用能力，更有利于实现培养学生模拟电路技术应用能力的教学目标。

参考文献

[1] Sergio Franco.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计[M].西安交通大学出版社,2009.

[2] 谢自美 等.电子线路综合设计[M].华中科技大学出版社,2006.

[3] 赵世强 等. 电子电路EDA技术[M].西安电子科技大学出版社,2000.

[4] M.Herpy.模拟集成电路[M].高等教育出版社,1984.

第7篇：电路的设计原理范文

关键词：Protel DXP 网络表 PCB 原理图布局

中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0109-02

1 引言

AltiumProtel DXP是Altium公司的电路和电路板软件开发平台，它将原理图绘制、电路仿真、PCB设计、设计规则检查、FPGA及逻辑器件设计等完美地融合在一起，并自带了比较丰富的PCB元件封装库，为用户提供了全面的设计解决方案，是电子线路设计人员首选的计算机辅助设计软件。

2 Protel DXP的主要特点

（1）通过设计档包的方式，将原理图编辑、电路仿真、PCB设计及打印这些功能有机地结合在一起，提供了一个集成开发环境。（2）提供了混合电路仿真功能，为设计实验原理图电路中某些功能模块的正确与否提供了方便。（3）提供了丰富的原理图组件库和PCB封装库，并且为设计新的器件提供了封装向导程序，简化了封装设计过程。（4）提供了层次原理图设计方法，支持“自上向下”的设计思想，使大型电路设计的工作组开发方式成为可能。（5）提供了强大的查错功能。原理图中的ERC（电气法则检查）工具和PCB的DRC（设计规则检查）工具能帮助设计者更快地查出和改正错误。（6）全面兼容Protel系列以前版本的设计文件，并提供了OrCAD格式文件的转换功能。（7）提供了全新的FPGA设计的功能。

3 设计步骤

设计PCB印刷电路板要经过4个基本的主要步骤，即电路原理图设计、生成网络表、PCB的设计和生成PCB报表并打印PCB图。

3.1 电路原理图设计

作为电路设计的基础，首先要设计出高质量的原理图，才能为后期的PCB制作及信号仿真奠定基础。（1）建立工程，然后再建立【原理图】和【PCB】，并全部保存。（2）绘制原理图。

3.2 绘制原理图的流程

（1）启动Protel DXP原理图编辑器。（2）设置原理图图纸大小及版面。绘制原理图前，必须根据实际的复杂程度来设置图纸的大小，设置图纸的过程实际上是建立一个工作平面的过程，用户可以设置图纸的大小、方向、网格大小及标题栏等。（3）元器件放置。根据电路的实际需要，从元器件库里取出所需的元器件放置到工作平面上，用户可以根据元器件之间的布线关系，在工作平面上对元器件的位置进行调整、修改，并对元器件的封装、编号进行设定，为下一步的设计打好基础。

如（图1）元件属性设置：元件属性设置窗口内含元件序号设置、参数设置、子元件选择、方向设置、Pin锁定/解锁、Pin脚编辑、封装等设置。

（1）对元器件布局布线。根据电路原理图中各元器件之间的电器链接关系，对元器件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完成的原理图。（2）对布线后元器件进行调整。在这一阶段，用户利用Protel DXP提供的强大功能对原理图进行调整和修改，保证电路原理图的美观和正确。（3）电器检查。布线完成后，根据Protel DXP提供的错误检查报告重新修改原理图。（4）保存原理图并打印输出。保存原理图，利用报表工具生成所需要的各种报表，设置打印参数进行原理图打印，为生成PCB做好准备工作。

3.3 生成网络表

图所产生的各种报表中，网络表是最重要的。网络表是电路原理图的另一种表现形式。一个电路可以看成是由若干个网络组成，网络表中包含了电路原理图中所有的元器件的信息和网络信息。在由原理图产生网络表时，使用的是逻辑的连通性原则，是通过网络标签进行连接的，而不需要用导线将网络端口实际连接在一起。

网络表可以由原理图文档生成，也可以由项目生成。

（1）单个文档的网络表：执行菜单命令【文件】/【打开】，在弹出的【打开文件】对话框中选中以SCHDOC为扩展名的文档；执行菜单命令【设计】/【文档的网络表】/【Protel】，系统会自动生成当前文档的一个网络表，并命名为扩展名为NET的文件。（2）项目的网络表：项目的网络表生成方法与单个文档网络表的生成方法类似。首先打开项目文件，然后执行菜单命令【设计】/【设计项目的网络表】/【Protel】，系统会自动生成当前项目的网络表。

3.4 PCB的设计

（1）创建一个新的PCB文档：方法有很多种，既可以利用菜单创建，也可以通过工作区面板创建，还可以通过ProtelDXP主页面创建。推荐使用的方法是根据PCB向导创建新的PCB文档，因为这种方法能够在创建的过程中比较方便地设置PCB的许多参数。在设计PCB的过程中，环境参数的正确设置也是非常重要的，包括对图纸参数的设置和编辑器参数的设置。

（2）从原理图到PCB编辑器：打开原理图执行【设计】/【Update PCB Document PCB1.PcbDoc】点击【Update PCB Document PCB.PcbDoc】后弹出了上图对话窗口，在此点击【生效更改】，也可以直接点击【执行更改】，待全部完成后点击关闭，系统会自动帮您切换到PCB编辑器界面。但在设计中建议先点击【生效更改】之后看看有无错误，有错误点击关闭，改正错误后从新执行更新“命令”，之后点击【执行更改】。

（3）PCB的布局与布线：第一、布局：PCB起到搭载电子元器件平台的作用，因此必须考虑各种电子元器件的电气特性和它们的电气连接。随着电子设备复杂程度的提高，PCB上的元器件也越来越密集，连接元器件间的电气线路也越来越密集，因此PCB上元气件的合理布局就显得尤为重要。元器件的布局是否合理不仅影响到自动布线的成功率，还影响到这个系统能否正常稳定的工作。

一般情况下，元器件载入PCB环境后是堆放在PCB的左下角位置，此时是无法进行布线操作的。因此在布线以前首先应进行元器件的布局操作。元器件的布局就是把堆放在一起的元器件合理地分布在PCB上，以便布线的顺利完成。PCB上元器件的布局分为自动布局和手动调整布局两种。一般情况下，对元器件布局时，需要将两种布局结合起来使用。

执行菜单命令【工具】/【放置元件】/【自动布局】，系统弹出【自动布局】对话框。在该对话框中，有两个复选框，分别是【分组布局】和【统计式布局】。分组布局：分组布局是先根据连接关系将元器件划分成组，然后再根据几何关系放置元器件组。这种布局方式适合元器件较少的电路，运行速度较慢。如果选中【快速元器件布局】，可以增加元器件布局的速度。即使对同一电路原理图，每次执行自动布局后的效果一般也是不一样的，因此应当多进行几次自动布局，从中选择一个较合理的布局。统计式布局：选中统计式布局后，基于统计的自动布局器，系统以最小连接长度放置元器件。该布局方式使用统计型算法，适合元器件数量较多的情况。一般情况下，元器件的自动布局情况都不是很理想，存在很多不合理的地方。因此，在完成了自动布局后，还要进行手工布局，以使元器件的布局更加合理，这样有利于元器件的连接。

第二、布线：布线可以选中自动布线也可以手工布线。自动布线。自动布线常用方法主要有：对全部对象进行布线，对选定网络进行自动布线，对ROOM空间进行自动布线，对指定元器件进行自动布线，对两连接点进行自动布线，对指定区域进行自动布线。

以对全部对象进行布线为例：点击【自动布线】【全部对象】，在新弹出窗口中点击【Route All】即系统会自动进行布线。

手工布线。尽管Protel DXP提供了强大的自动布线功能，但是自动布线时总会存在一些令人不满意的地方，尤其时在线路板比较复杂的时候更为明显。为了使得布线更加美观合理，就需要在自动布线的基础上进行手动调整。如果不需要系统提供的自动布线功能，也可以直接采用手动布线的方法对PCB电路板进行布线。 一般我们先自动布线看看结果，那些需要变动布局的，那些需要提前预布线，对于重要的信号线建议手工布好线路，将其锁定。在进行自动布线。手工布线需用到【布线工具栏】。

2.5 生成PCB报表并输出PCB图

PCB报表的作用在于为用户提供一个电路板的完整信息，包括电路板尺寸、电路板上的焊点、过孔的数量，以及PCB板上的元器件标号等信息。AltiumProtel DXP为用户提供了PCB 3D输出效果图这一强大的预览功能，可以使用户方便地预览生成的PCB电路板的元器件分布等整体效果，极大地提高了设计者的设计效率。

3 结语

AltiumProtel DXP 具有强大的设计功能，是目前用户群最大、实际工程应用最广泛的EDA软件。Protel DXP已不是单纯的PCB印制电路板设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH原理图设计、SCH原理图仿真、PCB印制电路板设计、Auto Router自动布线器和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。它将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。

第8篇：电路的设计原理范文

[关键词]主线贯穿法；层次教学法；教学互动

1基本理论教学

理论教学是电子技术课程一个非常重要的环节，掌握电子电路基本理论，才能掌握和应用电子技术。模拟电子技术的特点是器件多、电路杂，理论不系统，分析方法不统一，内容显得凌乱，这给模拟电子技术教学带来了诸多不便。因此模拟电子教学应在以下几个方面有所改进：①系统性：即基本原理应具有系统性。模拟电子技术难点在于基本原理凌乱，涉及的内容杂，如对单级放大电路的分析，包括晶体管放大原理、放大电路的工作过程、静态工作点、各点的波形图、直流通路、交流通路和小信号等效电路等内容。内容虽多，它们有共同的特点：就是静态分析和动态分析及其等效电路。不仅仅单极放大电路要进行静态分析、动态分析，集成电路构成的各种运算电路也涉及静态分析和动态分析的内容。比如在单电源供电的情况下，集成运算放大器也有设置工作点的问题，不然会发生波形失真。因此，可以说模拟电子技术的基本内容就是直流分析、交流分析；基本原理就是工作点原理、图解法原理和等效电路原理；核心内容是放大电路，包括单极电压放大、功率放大和运算放大器放大电路。掌握了这些内容，就掌握了模拟电子技术基础。②内容归纳：即找出共性的内容。如小信号等效电路分析法对BJT、JFET和MOSFET组成的放大电路的分析，其基本原理是相同的，只因使用器件的不同，因而等效电路有所差异，分析方法是相同的。共射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路采用的分析方法也是相同的。集成运放构成的各种运算电路的分析方法是相同的，即运用虚断和需短的概念。内容相近的电路集中在一起讲解，分析方法统一，有利于学生理解。通过不同电路的分析，可以看出电路在性能方面的差异，在共性之中找到个性，这样可以增强学生的感性认识。找到共性，就找到了捷径，使教材的内容更简洁，从而减轻学生的负担。③分清主次：由于模拟电子技术的内容太多，不可能面面俱到。因此，在教学中分辨教材的核心内容和一般内容，核心内容就是教材的主要内容、根本内容，就是模拟电子技术从始至终的、内容密切相关的部分。对核心内容的讲解，就是为了让学生理解和掌握电子技术的基本原理、基本内容和学习方法，使学生迅速掌握电子技术的基本内容，即使学生快速入门。这样学生才能对本门课的学习产生信心。在课堂教学中建议采用以下措施：①主线贯穿法：即将教材内容按照原理分别归类，概括为几条主线，然后把教材内容在主线上串联起来讲解。把教学内容按照原理分类，使得教学有条理，有利于学生对基本原理的掌握。比如把模M电子技术内容划分为放大电路部分：其中包括单级放大电路、功率放大电路、集成运放构成的运算电路；信号发生和处理电路部分；直流电源部分；负反馈部分，每个部分内容按照电路原理依次展开，使得课程条理清晰、目标明确。②中心教学法：即教师在授课时，教学内容要重点突出，老师要说明这节课要讲什么内容或解决什么问题，即讲课要指出哪里是重点。这种方法能够提高学生的注意力。比如说图解法分析单级放大电路的工作原理，工作点的作用是什么，为什么要设置工作点，这是图解分析法的重点，各点波形的产生是动态分析的重点。对放大器动态指标的分析方法是单级放大器的重点。③教学互动：教师在授课中适当提出问题请学生回答，或者学生提出问题，教师回答。比较突出的问题进行课堂讨论，如为什么运算放大器的同相输入端电位和反相输入端电位相等？有反馈时相等，无反馈时相等吗？教师要善于在适当的时候提出问题，提出问题可以提高学生的注意力，引导学生进行分析判断，通过对问题的解答，加深对课堂内容的理解，比如甲类功率放大电路，电源电压12V，要想使其输出最大功率，静态电压VCE应该为多少。通过互动，激发学生的学习热情，加深对理论的理解，提高授课质量。④电路仿真教学。在课堂教学中，增加电路仿真内容，可以提高课堂教学效果。课堂上适当讲解电路的仿真分析、仿真电路各点电压波形以及电路参数对波形的影响等内容，增强学生的感性认识，促进学生对电路的理解。

2层次化教学

把教学内容分为几个层面，如单极放大电路；运算放大电路；信号产生和信号处理；反馈放大；直流稳压。半导体基础、二极管、三极管原理、单级放大器和运放构成的基本运算电路是第一层面；负反馈放大电路和频率特性是第二层；信号和波形产生电路是第三层面的内容；直流稳压电源是第四层内容。把教材的内容分成不同的层面有利于教师对教学内容的把握，可以根据学生的情况，适当增减教学内容。第一层是教材的核心内容，是学生必须理解和掌握的，否则，无法学习电子技术。第二层是对第一层的补充，主要介绍反馈对放大电路性能的影响，可以适当讲解。第三层是知识的扩展和电子技术的运用，可根据学时和学生接受能力适当删减。

3技能培养

电子技术不但是一门理论基础课，还是一门技术课，因此，要求学生在掌握理论的基础上，还要掌握实践技能。技能的培养离不开基本原理；同时技能的提高，能够加深对理论的理解。二者密切相关，缺一不可。技能的培养主要形式是实验教学，实验学时不应低于理论课学时的30%。实验教学的目标：①掌握仪器的使用；②学习测量方法；③检验电子电路；④电路创新。在确定实验题目和实验内容上，应按照教材核心内容选择，这样做有利于理论和实践的结合，加深对理论的理解。同时用学过的理论知识指导实验，起到互相促进的作用，如晶体管共射极放大器实验、射极输出器实验、正弦波发生器实验，与教学内容关系密切，通过这些实验能够提高学生对理论课的理解能力，提高动手能力和理论指导实践的能力。增加设计性实验，可以促进学生的思维能力、分析能力和设计能力的提高，可以促进学生更好地掌握理论知识，可以提高学生的实践技能。实践技能的培养是实验教学的最终目的。充分重视实验教学的重要性，采取措施，保证实验教学的重要地位。在课程考核中实验考核应占较大的比例。将计算机仿真技术引入实验教学和课堂教学，可以克服实验仪器、实验设备的限制。在实验教学中，可以根据教学内容的需要，将实验任务布置给学生，在教师的指导下先进行理论设计，然后进行仿真，完成仿真设计后，按照仿真电路装配实际电路进行调试。通过仿真实验，学生学习了电子技术自动化设计的方法，为其今后设计电子电路奠定良好的基础，对培养学生的综合素质起到了积极和促进作用。

电子技术是一门实践性很强的学科，掌握这门技术的唯一途径是实践。实践有两个好处：一是通过实践巩固所学的理论，二是通过实践能够发展理论。电子技术是在实践中产生的，也只有在实践中才能得到发展。课程设计是电子技术实践的一种有效途径。课程设计能够激发学生的学习热情，培养学生的创新能力。在课程设过程中，应遵循以学生设计为主，教师指导为辅的原则。课程设计的选题既要有实用性，又要和课程内容密切相关，这样让学生用课堂学过的内容、学过的电路完成课程设计任务。课程设计的主要目的就是让学生利用所学的知识解决实际问题，同时提高学生的实践能力。课程设计题目要选择和教材内容关系密切的设计题目：如功率放大器的设计、正弦波发生器的设计、声光控制照明灯等设计题目，引导学生，运用学过的原理和设计方法，采用自己熟悉的电路形式，完成电路设计，并通过仿真验证，对电路进行补充和修改，使电路更完善，最后进行安装调试，完成设计任务。

4结论

模拟电子技术一直是教学的一个难点，学生普遍感到学不懂。我们做老师的也经常思考如何把这门课程教好，经过几年的教学改革与课程建设，我们在学生的动手能力、创新意识培养、教学质量及教学效果的方面取得了一些成绩，找到了解决问题的方法。其核心内容是改变教学观念，把复杂的内容变成简单几个环节，从而使问题简单化。老师是教学的关键因素，通过改革使老师知道教学的主要内容是什么，教学重点是什么，哪些是必须教的，哪些是可以省略的，使老师能够灵活掌握教学内容，这样教学才能生动灵活。采用新的教学方法并打破传统教学方法，辅助多媒体教学和仿真等教学手段增强学生的学习兴趣，采用理论与践相结合的教学模式，加深理课堂内容的理解，培养动手能力。增加实践环节，课程设计多方面培养学生综合能力，使教学充满活力，切实提高教学质量。

参考文献：

[1] 孟秀玲“模拟电子技术”课程改革的研究与实践[J].南京：电气电子教学学报，2004（3）：112-113.

[2] 于兰“模拟电子技术”的课程改革[J].黑龙江科技信息，2010（1）：106-108.

[3] 沈佐湘实验教学与人才素质培养[J].中国高教研究，2003（3）：90-91.

第9篇：电路的设计原理范文

【关键词】数字钟;单面板;自动布线结合手动布线

1.引言

随着电子技术的飞速发展和印制电路板加工工艺的不断提高，对印制电路板设计要求也越来越高[1]。快速、准确地完成电路版的设计对电子线路工作者而言是一个挑战，于是各种电子线路辅助设计工具（EDA）应运而生，最常用的三款辅助电子线路板设计的软件是Protel软件、Cadence软件和PADS软件。Protel主要经历了Protel 99 se，protel DXP，Altium designer几个版本的升级演化，由于其软件入门快，集成度高，当之无愧地成为学习PCB设计的首选软件。当前中职、高职或大学普遍用于教学的是比较成熟的Protel DXP 2004 SP2版本的EDA软件。本项目就是采用Protel DXP 2004 SP2进行电路设计的。

《电子线路板设计与制作》是我院电子信息工程技术等专业核心课程。该课程采用项目化教学方式，通过音频功率放大器、基于单片机的交通灯、数字钟、数据采集器、单片机综合开发板5个复杂度由低到高的项目电路设计和制作，使学生熟练掌握Protel DXP 2004SP2的原理图、原理图库、封装库以及PCB编辑器使用方法，并能在实验室用“热转印”法制作单面板、“雕刻机”制作双面板。“数字钟”电路是整个课程的第三个教学项目，其复杂程度适中，综合性、实用性、趣味性较强，且该项目是学生同学期学习的课程《电子技术（数字电路）》中需要分析和调试过的典型项目，学生需要通过本课程完成电路板制作，再用于《电子技术（数字电路）》课程学习。

2.“数字钟”项目介绍

数字钟电路原理图如图1所示。该电路是一个以数字形式显示时、分、秒的电子钟，有校时和正点报时功能。电路由秒脉冲产生模块，时、分、秒计数及显示模块，校时模块和正点报时电路模块构成。电路中，拨动开关S1、S2、S3分别用于选择调整时、分、秒显示，拨动开关S4用于控制脉冲加1，蜂鸣器则会在正点发出4低音1高音的间断声响，进行整点报时。

数字钟电路由于用到的数字芯片较多，连线相对模拟电路要复杂，所以在教学或者实验中，其PCB设计多采用“自动布线”布“双面板”。这种设计方案用于数字钟实验无可厚非，但用于PCB设计教学还是有一定的局限性：第一，在实际的企业应用中，为了满足电子工艺、抗电磁干扰等方面的需求，常常要求PCB设计者采用全部或部分“手动布线”，而传统的教学设计中，往往将手动和自动布线单独在不同的电路中介绍，且所选电路都比较理想，学生很容易布通，学生往往为求简单直接采用 “自动布线”，也体会不到“手动布线”的必要性;第二，传统的教学设计中，往往只要求学生完成PCB设计，学生在学习中体会不到PCB设计对电路板制作和功能实现的影响。

本项目则要求学生不仅完成数字钟电路PCB设计，而且要在实验室制作出电路板并完成电路焊接，检验电路功能，学生在电路设计中就不得不考虑实际制板的条件，并能针对制版和焊接要求，对PCB进行必要的优化调整。出于实验条件限制（实验室仅能采用“热转印”法制作单面板），学生需要设计数字钟单面板，在设计“单面板”的过程中，发现自动布线无法布通电路，手动布线耗时费力，可不可以将两种布线方法结合起来进行呢？笔者通过反复尝试，给出了一种比较利于教学的手动和自动相结合的数字钟单面板设计方案。

3.“数字钟”单面板设计方法

3.1 原理图设计

（1）按照图1绘制数字钟电路原理图，根据表1所示的元件报表设置元器件属性。

（2）编译工程并检查电气连接，根据这些错误信息就可以方便地对原理图进行修改。直到没有错误产生[2]（见表1）。

3.2 尝试PCB自动布线

（1）本项目设定两层板尺寸宽×高为170mm×130mm，物理边界与电气边界重合。

（2）加载网络表。

（3）通过选择、移动、翻转元件等操作来实现手工布局。布局后的 PCB如图2所示。对数字钟电路布局时要综合考虑各方面的因素，以便于后面的布线：①依据信号流向“从上到下、从左到右”的原则。②符合电路原理性特点，如数码管时、分、秒的显示。③调整元件位置，使元件之间的连线尽量简洁。

（4）PCB优化调整：为了方便接下来的制版，我们常常要将通过加载网络表装入的元件封装进行调整。这里，我们采用全局修改的方法将部分焊盘做加大处理，使得焊盘直径不小于1.5mm，并将贴片元件U15（7404）放置于底层（BottomLayer）。

图2 元件布局后效果

图3 单面板自动布线效果

（5）自动布线：设置布线宽度为0.5mm，布线层次勾选底层“BottomLayer”。选择“自动布线”“全部对象”菜单命令，执行自动布线[2]。可得到如图3所示结果。显然，由于电路比较复杂，采用单面板自动布线布线很难布通。所以我们采用自动和手动结合的方法布线。

3.3 自动、手动结合布线

（1）备份原理图：先将完整的电路原理图文件复制一份在项目文件夹中。

（2）删除部分导线：删除原理图中比较复杂的一些电路连接。如何选择需要删除的导线呢？我们可以通过分析电路原理图的走线和PCB布局后元件之间的“飞线”，观察自动布线时计算路由的情况来选择。

具体可以根据以下几方面因素选择要删除的导线：

（1）原理图中与很多元件都有连接，且范围跨度大的元件导线。

（2）PCB布局后，与多个元件间有飞线，且交叉线多的元件导线。

（3）运行自动布线后，计算路由耗时长且无法布通的元件导线。

根据以上几个要素，选择删除U9、U10、U16、U17、S3部分引脚的导线。如图4所示，图中粗线标注的为准备删除的导线。

图5 简化电路后的自动布线结果

图6 重新加载完整原理图后的网络连接

（4）加载网络表：删除导线后，再在PCB中加载一次网络表，系统会根据原理图的变化，移除所删除的电路连接，电路就会变得相对简单一些。

（5）自动布线：执行一次自动布线，可以完成所有连接的布线，如图5所示。

（6）追加完整版电路原理图，并加载网络表：删除当前项目的原理图，再将原来备份的完整的电路原理图追加到当前项目。然后在PCB中加载一次网络表，系统会把之前被删掉的连接关系添加进来，可得到如图6所示的结果。

图7 手动放置跳线后的结果

（7）手动布线：根据图6中的飞线连接，手动放置跳线。得到如图7所示电路图。关于手动放置跳线的要求有以下说明：①手动放置跳线的过程实际是将“底层单面自动布线”未完成的部分连接通过放置焊盘和顶层导线来完成。这些手动放置的焊盘会在单面制版时完成，而顶层的导线需要人工焊接跳线。②放置跳线的过程不可避免的要调整其他已布线路，使得顶层所放导线尽量直且短，以便于后续焊接。③图7所示的放置结果只是一种参考方案。设计者可根据自己电路的情况自行放置跳线，并不断优化调整。

4.总结

本设计为保证《电子线路设计与制作》项目化教学有效的开展，提出了一种自动、手动布线相结合的数字钟单面板设计方法，恰当地整合了教学知识点，并拔高了布局布线难度，增加了技巧性应用，从而突出了电路布局和布线在整个PCB设计中的重要性，通过实际的教学实施，学生能够掌握自动、手动布线的方法，更重要的是，体会到PCB设计与电路板制作和调试间的密切联系，这将对他们后续项目的学习乃至今后的岗位工作产生积极的影响。

参考文献

[1]司慧玲.基于Protel的数字钟双面电路板设计[J].北京：电子设计工程，2012，20（23）：41-43.

[2]孟祥忠，王静，吴荣海，郑文斌.电子线路制图与制版[M].北京：电子工业出版社，2009.