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伴隨時代的不斷發展和科學技術的不斷進步,人們越來越關注社會生產力的提升。采取科學的方式進行電子電路的設計與工作流程的部署和管理,能夠滿足當下社會生產力發展的基本需求,也能夠促進行業的生產進步。當下我國電子行業發展的過程當中都越來越重視相關的技術升級,采取高效率的生產和設計模式才能夠實現對理論的進一步應用,也能夠滿足實際的生產工作需求。模擬的設計構想在實踐工作的驗證體系下常常顯示出各種問題,需要以更加科學、安全、有效的方式實現對相關工作體系的完善,并在具體的工作當中以實踐經驗論證設計理念,保證電子行業發展的前景要求。
1電子電路設計的原理
電子電路的設計工作具有相關的工作原理和原則,需要遵循一定的制度和規律進行相關工作的設計,以此實現對工作體系的完善性需求。首先,電子電路的設計工作原理要求,設計的相關內容需要符合整體性要求,在實際的設計工作當中要針對電路工作的各個節點進行監督與功能實踐。其次,設計的工作要保證具體功能的落實,針對每個電路的工作職能進行細致的劃分。再者,應當進行電路設計的最優化選擇,保證電路設計的穩定性和完善性,在實際的工作應用中具備可靠的特征。最后,應當實際的考量到市場經濟的價值和效益需求,進行性價比的研究分析并最終完成設計。
2電子電路設計的流程
電子電路的設計工作流程比較復雜,具體的工作內容也具有較高的嚴謹性和準確性。在實際工作進行的過程當中,應當重視對設計目標的確認,在具體工作中明確電子功能的設計。針對電子產品的核心功能應用進行整體的考量,設計的電路能夠符合單一操作的要求,進行優化的職能選擇。在設計形成初期進行整體研究,包含對電子電路的測試實踐。重視對電子電路的調試和功能定位,保證未來工作進行的順利要求。重視電子電路功能的設計才是保證產品能夠高效率工作和服務的基礎,也是確認核心功能和輔助功效的重要工作內容。實現設計初期的檢查和測試,能夠保證設備未來使用的優越性。
3調試儀器概述
具體的電子電路設計功能測試與調節工作要求的比較準確和細致,在實際的工作過程當匯總需要進行相關儀器的使用和完善,避免當中一些環節出現問題。在調試儀器使用的過程中涉及到眾多的零部件,包含萬能用的工具表,顯示波動幅度的器械,以及信號發出的設備等。針對具體的調試工作進行觀察,玩能用的工具表主要是為了測量設備使用期間的電流量和電壓力,以及存在的電阻等元素。顯示波動幅度的器械主要是為了更準確的測量信號,關注波動變化。信號的發出設備是為了在監測過程中收集信息,確定監測工作準確性和保證基本交流。
4電子電路調試具體流程
電子電路的調試工作可以劃分為諸多細致的流程,在具體工作開展的過程中還需要進行整體工作的完善和優化。調試的工作需要進行電路的線路監測,在實際的工作驗收中觀察通電的效果。調試的工作還需要確保對電子設備的功能監測,保證實際的工作過程能夠正常的運作,充分實現對信息傳播的要求。在實際工作開展的過程當中要進行電源的調試,減少工作阻礙,進行指標的規范和數據的驗收。除此之外,調試工作還可以劃分為兩種方式,分別是整體和分區域的調試工作。細致的劃分主要是為了給保證驗收工作的嚴謹性要求。最后需要針對環境進行監測,考量實際工作需求進行優化處理。
5調試工作需要重視問題
在調試工作進行過程當中還需要重視對工作細節的優化處理,保證人員施工的科學性安排,在實際的操作過程當中需要進行設備功能的優化,確保功能的準確性要求。重視對細節工作的監督和管理,在調試的信息記錄中掌握數據中存在的差異,為維護系統工作提供良好的基礎,也有助于及時的解決系統工作出現的問題。除此之外,還需要認識到系統調試工作反復執行的重要性,針對測量工作進行反復的操作才能夠保證電子電路的設計符合實際生產需求。
6結論
綜上所述,本次研究針對電子電路設計的相關工作展開分析和研究,希望在實際的工作過程當中掌握實踐的工作經驗,在未來的電子電路設計工作當中采取先進的科學手段,實現對相關工作內容的整合,滿足時展的進步要求。在傳統電子電力設計的相關工作基礎上實施切實有效的完善策略,保證基本工作的流暢性原則,在實施科學有效的方式和方法進行相關設計工作的管理,滿足實際工作的需要,進行不同線路的測試和驗收,保證電子電線設計工作的優越功能。重視對電子電路工作的設計工作,在實際工作開展的過程中進行調試工作的監督與管理,進一步促進我國現代化生產效率的提升。
參考文獻
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1.電子技術課程設計的重點與要求
本課程的重點是電路設計,內容側重綜合應用所學知識,設計制作較為復雜的功能電路或小型電子系統。一般給出實驗任務和設計要求,通過電路方案設計、電路設計、電路安裝調試和指標測試、撰寫實驗報告等過程,培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力,提高電路設計水平和實驗技能。在實踐中著重培養學生系統設計的綜合分析問題和解決問題的能力,培養學生創新實踐的能力。電子技術課程設計一般要求學生根據題目要求,通過查閱資料、調查研究等,獨立完成方案設計、元器件選擇、電路設計、仿真分析、電路的安裝調試及指標測試,并獨立寫出嚴謹的、文理通順的實驗報告。
具體地說,學生通過課程設計教學實踐,應達到以下基本要求:建立電子系統的概念,綜合運用電子技術課程中所學習到的理論知識完成一個電子系統的設計;掌握電子系統設計的基本方法,了解電子系統設計中的關鍵技術;進一步熟悉常用電子器件的類型和特性,掌握合理選用器件的原則;掌握查閱有關資料和使用器件手冊的基本方法;掌握用電子設計自動化軟件設計與仿真電路系統的基本方法;進一步熟悉電子儀器的正確使用方法;學會撰寫課程設計總結報告;培養嚴肅認真的工作作風和嚴謹的科學態度。
2.電子技術課程設計的教學過程
電子技術課程設計是在教師指導下,學生獨立完成課題,達到對學生理論與實踐相結合的綜合性訓練,要求本課程設計涵蓋模擬電路知識和數字電路知識,因此課程設計的選題要求包含數字電子技術和模擬電子技術。教學環節可以分為以下四個部分。
2.1課堂講授。
課程設計開始前,需要確定指導老師。由指導老師通過兩學時的教學,明確課程設計的要求,主要內容包括課程介紹、教學安排、成績評定方法等。在課堂教學環節中,指導老師介紹課題的基本情況與要求,要求學生從多個課題中選擇一個。
2.2設計與調試環節。
2.2.1前期準備、方案及電路設計。
前期準備包括選擇題目、查找資料、確定方案、電路設計、電路仿真等。在確定方案時要求學生認真閱讀教材,根據技術指標,進行方案分析、論證和計算,獨立完成設計。設計工作內容如下:題目分析、系統結構設計、具體電路設計。學生根據所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計,通過論證與選擇,確定總體方案。此后是對方案中單元電路進行選擇和設計計算,稱為預設計階段,包括元器件的選用和電路參數的計算。最后畫出總體電路圖(原理圖和布線圖),此階段約占課程設計總學時的30%。
2.2.2在實驗室進行電路安裝、調試,指標測試等。
在安裝與調試這個階段,要求學生運用所學的知識進行安裝和調試,達到任務書的各項技術指標。預設計經指導教師審查通過后,學生即可購買所需元器件等材料,并在實驗箱上或試驗板上組裝電路。運用測試儀表調試電路、排除電路故障、調整元器件、修改電路(并制作相應電路板),使之達到設計指標要求。此階段往往是課程設計的重點與難點,所需時間約占總學時的50%。
2.3撰寫總結報告,總結交流與討論。
撰寫課程設計的總結報告是對學生寫科學論文和科研總結報告能力的訓練。學生寫報告,不僅要對設計、組裝、調試的內容進行全面總結,而且要把實踐內容上升到理論高度。總結報告應包括以下方面:系統任務與分析、方案選擇與可行性論證、單元電路的設計、參數計算及元器件選擇、元件清單和參考資料目錄。除此之外,還應對以下幾部分進行說明:設計進程記錄,設計方案說明、比較,實際電路圖,功能與指標測試結果,存在的問題及改進意見,等等。總結報告具體內容如下:課題名稱、內容摘要、設計內容及要求、比較和選擇設計的系統方案、畫出系統框圖、單元電路設計、參數計算和器件選擇。畫出完整的電路圖,并說明電路的工作原理。組裝調試的內容,包括使用的主要儀器和儀表;調試電路的方法和技巧;測試的數據和波形并與計算結果比較分析;調試中出現的故障、原因及排除方法。總結設計電路的特點和方案的優缺點,指出課題的核心及實用價值,列出系統需要的元器件清單,列出參考文獻,收獲、體會,并對本次設計提出建議。
2.4成績評定。
課程的實踐性不僅體現實際操作能力,而且體現獨立完成設計和分析的能力。因此,課程設計的考核分為以下部分:設計方案的正確性與合理性。設計成品:觀察實驗現象,是否達到技術要求。(安裝工藝水平、調試中分析解決問題的能力)實驗報告:實驗報告應具有設計題目、技術指標、實現方案、測試數據、出現的問題與解決方法、收獲體會等。課程設計答辯:考查學生實際掌握的能力和表達能力,設計過程中的學習態度、工作作風和科學精神及創新精神,等等。
3.電子技術課程設計的步驟
在“電子技術基礎”理論課程教學中,通常只介紹單元電路的設計。然而,一個實用的電子電路通常是由若干個單元電路組成的。通常將規模較小、功能單一的電子電路稱為單元電路。因此,一個電子系統的設計不僅包括單元電路的設計,還包括總體電路的系統設計(總體電路由哪些單元電路構成,以及單元電路之間如何連接,等等)。隨著微電子技術的發展,各種通用和專用的模擬和數字集成電路大量涌現,電子系統的設計除了單元電路的設計外,還包括集成電路的合理選用。電子電路的系統設計越來越重要,不過從教學訓練角度出發,課程設計仍應保留一定的單元電路內容。電子系統分為模擬型、數字型及兩者兼而有之的混合型三種。雖然模擬電路和數字電路設計的方法有所不同(尤其單元電路的設計),但總體電路的設計步驟是基本相同的。電子電路的一般設計方法與步驟包括:總體方案的設計與方案論證、單元電路的設計、單元電路間的連接方法、繪制總體電路草圖、關鍵電路試驗、EDA仿真、繪制正式的總體電路圖等。
關鍵詞 電子技術綜合設計;實踐能力;創新思維
中圖分類號:G642.3 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2017)02-0113-02
Reform and Practice of Integrated Design of Electronic Techno-logy//ZHOU Tao, ZHANG Ruimin, LIU Qiao, LI Shuanming, ZHONG Furu
Abstract This article introduces the curriculum reform and practice from the aspects of teaching goal, teaching content, teaching imple-mentation, teaching method, examination method and teaching effect. The reform of the integrated design course of electronic tech-nology will be beneficial to the improvement of students’ practical ability, and to cultivate the students’ innovative thinking.
Key words integrated design of electronic technology; practical ability; innovative thinking
1 引言
隨著石河子大學人才培養模式的不斷改革,以及社會對高等教育培養具備實踐能力、創新思維人才目標要求的提出,實踐教學環節作為工科專業人才培養體系中的重要組成部分[1],成為當下大學生創新思維和創新能力培養的重要環節。電子技術綜合設計是一門實踐性非常強的實訓類課程,是電子技術人才培養成長的必由之路。由學生自行設計、自行制作和自行調試電子電路,旨在培養學生掌握綜合模擬、數字、高頻電路知識,解決電子信息方面常見實際問題的能力,培養學生電子電路設計與EDA(Electronic Design Automation)調試工具的使用方法,以及開展項目管理的基本方法。
2 現狀
以往的教學安排中主要側重電子電路的設計和仿真,留給學生自己用于思考和設計的時間有限,設計基本停留在紙上和計算機上。因此,教學效果很難達到預期的教學目的。雖然W生在參加接下來的相關課程的課程設計、大學生訓練計劃、全國大學生電子設計大賽、畢業設計時理論分析能力得到提高,但實際設計和調試時卻出現大量問題很難得到快速解決的現象。所以,這種教學模式不再適應目前新的人才培養方案對于電子信息工程專業提出的要求以及創新人才的培養。
3 課程改革探索與實踐
電子技術綜合設計課程的改革與探索主要從課程教學目標、課程教學內容、課程教學實施、教學方法、考核方法和教學效果等幾個方面進行。
課程目標 電子技術綜合設計將學生已學過的電路基礎、模擬電路、數字電路以及高頻電路等課程的知識綜合運用在該課程中[2],從而培養學生具備電子元器件的識別和選擇,電子電路仿真和電路設計軟件的使用,電子電路的分析和設計以及實際應用電路項目的開發、管理等綜合能力,使學生切實經歷從原來課本上的電路到EDA軟件的仿真電路再到實際看得到、摸得著的電路的實現過程。該課程是對現有課程體系的完善和補充[3],幫助學生拓展視野,提升學生參加課外科技活動、校級SRP(Student Research Project)活動、國家大學生創新計劃以及全國電子設計競賽等專業競賽的興趣和畢業設計的質量與水平。
教學內容 課程的主要內容按照基本知識驗證、專業知識綜合、創新設計能力培養的原則進行安排,主要包括:常用電子元器件基礎知識;常用電子測量儀表的使用;電路仿真軟件的使用;印刷電路板的設計與實現;電子電路系統設計方案提出、論證、設計、元件焊接、系統調試;撰寫總結報告、答辯等。
1)常用電子元器件基礎知識:主要講解電阻、電容、電感、電位器、變壓器等常用元件的區分,還包括一些電子常用術語,比如單面板、雙面板、焊盤、焊接面、虛焊、橋接等。
2)常用電子測量儀表的使用:包括萬用表、示波器、函數發生器、直流穩壓電源的基本使用方法。
3)電路仿真軟件的使用:主要講解電路仿真軟件Multisim的使用。
4)印刷電路板的設計與實現:Altium Designer軟件中電路原理圖的繪制和PCB圖的繪制方法。
5)電子電路系統設計方案提出、論證、設計、元件焊接、系統調試:對全班學生進行分組,四個人一組,每組一個設計題目,每組經過方案的提出、討論、修改、教師審核、論證后設計出電路仿真圖,仿真沒有問題后設計PCB圖,然后制成單面板進行元件焊接、調試。
6)撰寫總結報告、答辯:系統設計完成后,每組撰寫總結報告,提出系統的優點和設計不足,以及設計過程中自己的心得體會,最后制作幻燈片進行課程匯報答辯。
教學實施 在完成各個教學內容時,課程采用項目驅動的方式使學生在掌握理論知識的同時,實踐能力也得到不同程度的提高。整個教學過程分為4個項目進行,通過項目的完成,學生逐步完成課程的學習,綜合能力也在不知不覺中得到鍛煉。
1)基本元件及電路測試項目。教學內容的前兩部分講解完成后,要求每個學生進行基本元件參數的測試、電路虛焊、雙面板線路測試等。通過該項目,學生掌握電子元件與電路測試的基本方法和常用測量儀器的使用方法。
2)電子電路設計和仿真項目。在該項目中,教師首先講解電路仿真軟件Multisim的使用方法,然后以實例設計一個兩級晶體管放大電路。在此過程中,教師從元件參數的選取、放大倍數的計算、系統測試和修改等方面給學生進行講解。講解完成后,學生參考實例設計一個放大倍數不同的晶體管放大電路作為練習。練習完成后,全體學生設計一個波形發生電路用來產生方波、三角波信號。學生設計過程中可相互交流,碰到問題可詢問教師,最終完成項目預期目標。該項目完成后,學生可以掌握電路仿真軟件的使用方法和電路設計的基本原則。
3)電子電路制板與焊接調試項目。前兩階段的項目完成后,教師講解電路制板軟件Altium Designer的使用方法和手工腐蝕法制作單面電路的流程,講解和制作過程以上一個項目中的兩級晶體管放大電路為例,講解的過程中學生如果有問題可隨時提出,教師進行解答。最終要求學生自己實現一個兩級晶體管放大電路的印刷電路板的繪制,以及電路的腐蝕、焊接、通電調試。通過該項目,學生掌握了電子電路從書本的理論知識到實物實現的過程。
4)C合設計與總結項目。學生按學號進行隨機選題,題目內容涵蓋模擬電路(如連續可調直流穩壓電源)、數字電路(如循環彩燈控制器)、高頻電路(如小信號阻容耦合放大電路設計)。題目選定后,題目相同的學生分成一組,組建項目小組。項目組成員提出設計方案,經過理論論證,設計完成仿真電路和PCB電路,然后采用手工腐蝕法實現電路系統的板面布線,最后進行元件焊接和調試。系統完成后,整個課程基本接近尾聲,每組學生要對自己的設計方案進行匯報答辯。通過該項目,學生掌握了復雜電路的設計與實現,以及團隊合作完成項目設計、管理、總結的過程。
教學方法 課程的教學方法,打破傳統理論課程完全靠教師講授以及實驗課程以學生動手為主的模式,采用教師講授、項目訓練、學生參與設計和討論、分析講解和答辯的形式。學生有機會表達自己的觀點和設計思路,充分調動積極參與的興趣。
考核方法 課程的總評成績由5個部分組成:考勤10%+課程表現10%+項目完成情況30%+課程答辯情況20%+課程報告30%。新的考核標準打破原來課程總評成績主要由平時成績、設計成績兩部分組成的模式,主要以學生在教學實踐活動中的參與度和完成度作為考量,注重學生實踐能力和綜合能力的培養。
教學效果 經過兩周的項目驅動訓練和實踐環節的總結,學生對于測量儀器的使用更加熟練,對常用電子元器件的選用和封裝了解得更為清楚,對電子電路的設計和實現更加有信心,分析問題、解決問題的能力得到了很大的提高。
4 結論
課程改革和實踐在石河子大學電子信息工程2012級、2013級和2014級為期兩周的電子技術綜合設計課程中進行,學生對于課程內容安排和各個環節的設計比較歡迎,加大了學生創新思維和創新能力的培養。課程實施的整個過程側重基礎能力培養,將項目管理理念貫穿整個課程的始終,加大創新能力的培養。學生在后續的畢業設計和課外科技活動中凸顯了較強的實踐和創新能力。■
參考文獻
[1]吳大鵬,黃沛昱.“電子系統綜合設計”課程建設探索[J].電氣電子教學學報,2014,36(6):41-43.
關鍵詞:多媒體;仿真;電路
中圖分類號:G434 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2013) 06-0172-02
隨著半導體集成和微電子技術的迅速發展,集成電路的品種和數量與日俱增,應用也越來越廣泛,集成電路變得無處不在。集成電路的使用大大簡化了電路的設計,并且使系統及設備的性能指標得到了很大提高。《集成電路原理與應用》課程作為電子測量技術與儀器專業的一門職業技術基礎課程,其內容涵蓋電路基礎、模擬電子技術和數字電子技術等多門課程[1]。在本課程的教學中,我們充分利用了多媒體教學方式,以動畫形式展現集成電路的相關知識,大大激發了學生學習的積極性,大大豐富了教學內容,同時,我們充分利用了計算機軟件仿真技術,將集成電路的典型應用電路通過ProtelDXP進行仿真實驗,擺脫了有限的實驗環境的限制,讓學生在學習集成電路相關知識的同時掌握了先進的計算機輔助工具,最后,我們給予了學生在萬能板上實現電子電路的機會,學生通過親身體驗制作和調試電子電路的過程,讓學生具備了一定的分析問題和解決問題的能力,同時收獲了通過自己努力實現目標之后的成就感。經過教學實踐表明,本課程的教學內容容易實現,安排合理,學生參與的積極性高,取得了很好的教學效果。
一、教學內容的安排
本課程的內容繁雜,講授時間有限,因此結合我院電子測量技術與儀器專業人才培養方案的要求,將本課程的教學目標定位于應用,教學的重點在于典型集成電路芯片及其典型應用電路的分析講解、仿真和制作。首先應用線性集成穩壓器制作出5~15V可調穩壓電源,以供后續的集成電路應用電路使用。接著應用運放集成電路、定時集成電路、功放集成電路、非門集成電路和與非門集成電路制作出貼近生活的電子電路。具體教學內容如表1所示。
二、教學實施的特色
(一)充分利用多媒體教學方式
隨著現代科技的發展,我們已經進入了一個信息化的時代,多媒體已經廣泛的用于教學領域。多媒體教學以聲音、圖片、動畫等豐富的媒體形式最大程度地調動了學生的視聽感官系統,充分展示了教學手段的多樣化,改變了傳統的“一張嘴一支粉筆一塊黑板”的教學模式,為現代教育改革注入了新的生機和活力,從而為本課程改善教學效果帶來了福音。
本課程所涉及的集成電路芯片眾多,受到經費的限制,不可能一一購買給學生展示,但是采用多媒體教學方式后,就可以將典型芯片的圖片一一展示給學生,大大降低了教學成本,同時也豐富了學生的視野。另外,有些集成電路的典型應用電路很多,如果采用板書的方式,受到課時的限制,不可能一一給學生講解,但是多媒體教學可以迅速地把課程資源顯現在學生面前,可以大大節省教師板書的時間,使教師可以傳授更多的知識,從而提高教學效率。同時,在電路的展示中配以動畫,豐富了電路的生命力,從而大大激發了學生的學習積極性。
(二)充分利用計算機軟件仿真技術
隨著電子技術和計算機技術的快速發展,電子產品的設計與計算機的聯系越來越緊密。作為以社會需求為第一要務的高職教育,在《集成電路原理與應用》課程的教學中,我們充分利用現有硬件條件,充分利用計算機軟件仿真技術,培養學生應用集成電路設計和分析電子電路的能力。
我們在教學中使用的軟件是ProtelDXP,學生已經在前續《電子CAD》課程中學習了如何使用該軟件設計和仿真電子電路。使用ProtelDXP作電路仿真的基本流程[2]如圖1所示。
在本課程的學習中,學生在ProtelDXP中通過選擇元器件、連接電路、確定元器件參數實現集成電路的應用電路,還可以方便地對電路進行測試和修改,有助于增強學生對學習內容的感性認識,培養學生主動思考的能力,而且可以將本專業所開設的課程聯系起來,實現幾門課程之間的融會貫通,促使學生學好相關專業課程,并且做到學以致用。
(三)動手制作電子電路
電子產品的設計與制作要求學生有較強的實際動手能力,因此,在本課程的教學中,全班學生以小組(一般4-5人一組)為單位,要求學生在已經繪制好的電路原理圖基礎上設計出單面PCB圖,然后在萬能板上制作出相應的電子電路。
學生在電路原理圖和單面PCB圖的指導下焊接并調試電路。在整個制作和調試過程中,教師主要起指導作用,在必要時幫學生分析故障產生的原因,而學生才是主體,一切問題得由學生自己動手解決,從而大大提高了學生學習的主觀能動性。
制作和調試電路在整個教學過程中占用時間是最多的,無論多么簡單的電路,總是會有個別小組出現問題。但是,學生正是在不斷發現問題、解決問題的過程中加深了對所學知識的理解。另外,電路的調試離不開常用電子儀器儀表如萬用表、示波器等的輔助,這也讓學生實際體會到了在《電子測量技術》課程所學習知識的實用價值。
三、結束語
在本課程的教學中,通過任務引領,結合先進的計算機技術,學生在學中做,做中學[3],學做結合,充分調動了學生的學習興趣和積極性,學生的出勤率很高,而且參與率很高。學生通過動手制作和調試電路,學習能力和動手能力有了較大提高,從一開始遇到問題不知如何是好,到最后能夠查找電路中的簡單故障,可見學生解決問題的能力有了一定的提高。但是,也存在一些問題。首先,本課程的教學對教師的要求較高,教師不僅要具備深厚的理論知識水平,還要了解集成電路在實際應用中的情況,這就需要加強與企業間的聯系,在這方面需要進一步加強。其次,在當前的教學中,受到成本和課時的限制,集成電路芯片多采用引腳數量少的插針式元件,避免使用引腳數量多或貼片封裝形式的元件,這與當前集成電路在實際使用中情況有點相悖,在今后的教學中需要改進。
參考文獻:
[1]向繼文,劉昕.“集成電路原理及應用”教學改革[J].中國電力教育,2011,193(6):179-180
1通信電子電路教學改革的必要性
通信電子電路是通信、電子、測控等專業的一門重要的專業基礎課程。它的主要內容包括:小信號調諧放大器,高頻調諧功率放大器,正弦波振蕩器,振幅調制及其解調,振幅調制及其解調,角度調制及其解調,混頻器,變頻器,鎖相環路等。課程涉及的知識面廣,與許多課程聯系緊密,理論性強,內容較為抽象,實驗難度大,授課時間少;它不僅要求學習者掌握好低頻電子線路理論和電子器特性的相關知識,而且要求學習者具有較好的非線性數學分析能力[2~3]。本文結合學校自身的情況和要求,對通信電子電路實踐教學遇到的部分問題提出改革的建議。
2加強教學內容和其它相關課程的聯系,提高教師教學水平
首先,通信電子電路作為高校中講授通信電路基本組成和工作原理的課程,與高等數學、低頻電子線路、信號與系統、通信原理等多門課程的知識體系都存在一定的交叉。在理論教學中兼顧必要的理論知識講解,重視實際應用的同時不拘泥教材內容,適當引入新知識,摒棄目前不常用的知識,授課過程中避免進行繁瑣數學公式的推導,重點突出對通信電子電路概念的物理含義的理解和電路工作基本原理的理解以及通信電路實際應用的學習,從而達到授課事半功倍的良好效果。對于通信電子電路課程存在:課時少、課程涉及內容廣、理論較復雜、概念抽象、內容理解困難等問題,教師不僅需要對通信電子電路的課程教學內容進行相應的更新和優化,而且需要提高教師的教學理論水平和加強教師實踐環節教學能力。本著“理論和實踐相結合”的理念,強調理論教學的同時注重教學過程中的實踐環節,不僅能提高學生的學習積極性,而且能促進和強化學生對理論知識的掌握。
3重視電子輔助設計的創新教學,提高學生動手能力
通常在實驗教學過程中,驗證型實驗為主,缺少創新實驗。通常學生根據實驗目的,實驗電路,儀器設備和較詳細的實驗步驟,通過實驗來驗證通信電子電路的有關理論知識,最終達到鞏固基本知識和基本理論目的。由于實驗通常在實驗箱中完成,受到元件和實驗箱電路的限制,一般給學生提供的創新實驗空間很小,通常學生實驗的積極性不是很高。根據多年的教學經驗和目前通信的快速發展趨勢,我們編寫了實用的通信電路仿真軟件實驗教材。通過EDA軟件工具,學生可以在計算機上搭建實驗平臺,對通信電路進行設計、仿真、調試和性能評估,實驗內容形象、生動、易懂,學生學習興趣得到提高,學生的思維得到開拓。通過軟件的使用,學生不僅在有限的時間內輕松鞏固通信電子電路的理論知識,而且培養了實際的動手能力。同時我們可以將仿真實驗與傳統實驗結合起來,在傳統實驗前,讓學生根據傳統實驗的具體要求,先使用軟件工具對實驗電路進行仿真,初步了解本次實驗的原理和基本內容,然后在本次實驗做的過程中,比較仿真與本次實驗中的現象和數據的差別,積極分析產生差別的原因,通過傳統實驗與仿真實驗相結合,充分利用各自的優勢,相互彌補各自的不足,學生解決通信電路問題的能力和實際制作通信電路的能力得到了提高,同時理論知識得到了鞏固和升華。
4側重教學和實訓緊密結合,加強教學相長
學生完成了整個課程理論課程和實驗課程后,我們安排了通信電子電路課程設計的教學內容對學生進行的綜合性實踐訓練,目的是為了提高學生實踐能力。在為期兩周的綜合性實踐訓練的課程中,我們要求學生在所學的通信電路的基本原理和基本單元電路基礎上,緊密聯系實際,自己動手搭建通信電路系統。在課程設計過程中,我們堅持以學生為本,主張學生自擬題目,指導老師審核,或者指導老師提供一些難度適中的參考題目由學生選擇。在整個課程中,學生首先通過系統的功能框圖畫出相應的電路原理圖,其次運用EDA仿真軟件進行電路設計和電路性能的分析與仿真,最后使用元器件搭建相應的硬件電路,實現系統功能。通過通信電子電路課程設計,學生能夠掌握所學各環節知識,同時具備了對通信電路的較高的分析能力、設計能力和評估能力。同時學生的分析問題、解決問題、設計電路的能力有質的飛躍,從由元件到電路,最終達到了系統級的認識。通過對通信電路的設計、搭建和調試,學生會遇到理論教學中,甚至實驗環節中一些意想不到的許多實際問題,通過和教師共同積極的解決這些實際問題,不僅提高學生的電路設計能力及工程應用能力,而且加強了教師的指導能力,實現了教學相長。
5參加全國大學生電子設計競賽,培養學生創新能力
全國大學生電子設計競賽與高等學校相關專業的課程體系和課程內容改革密切結合,推動其課程教學、教學改革和實驗室建設工作。競賽的特色是與理論聯系實際學風建設緊密結合,競賽內容既有理論設計,又有實際制作,以全面檢驗和加強參賽學生的理論基礎和實踐創新能力。我校通過參加了4屆全國大學生電子設計競賽,取得了傲人的成績,培養了一大批既有扎實的理論知識,又有較高實踐創新能力的大學生,同時促進了學校的教學改革和實驗室建設工作。
1方案
我們的方案是:利用Proteus構建虛擬實驗室,教師給出設計任務書,學生在PC機上根據任務書在Proteus上設計電路,并利用系統提供的功能完成電氣檢查及仿真調試,當仿真結果滿足任務書要求后,再在面包板上進行實物的安裝調試。下面以數字鐘的設計為例加以說明。
1.1進行Proteus軟件的講授
Proteus軟件與學生之前學過的Protel99se具有相似之處,其電路原理圖的設計流程是一致的,都包含新建設計文檔、設置編輯環境、放置元器件、原理圖布線、建立網絡表、電氣檢查、仿真、存盤輸出的基本過程。在教學中應充分利用知識的遷移作用,把Proteus與Protell99聯系起來,使新舊知識建立聯系,從而降低學習的難度。在這里主要要求學生掌握Proteus的界面組成、菜單、工具欄的使用方法以及電路原理圖的設計流程。
1.2布置任務書
數字鐘的設計可以用多種元件來實現,但為了便于組織教學,在任務書中可對元件進行統一規定。任務書如下:設計要求:1)用Proteus畫出原理圖并進行仿真調試2)在面包板上用6只LED數碼管輸出顯示時、分、秒3)寫出詳細的設計報告所用元器件:1)集成電路:74LS1606片,CD45116片,與非門74LS005片,CC7555定時器1片,2)電阻:10K電阻2個3)電容:47μF1個,0.01μF1個4)其他:共陰極顯示器6片
1.3原理圖的設計與仿真
1)教師給出電路框圖,并分析各單元電路的功能。電路框圖是整個課程設計的總體框架,教師直接給出電路框圖,可以避免學生設計的盲目性,提高針對性,數字鐘的電路框圖如圖1所示2)電路原理圖的設計這項工作是整個課程設計的核心工作。第一步,教師可對學生學過的555定時器構成的多諧振蕩器、計數器、譯碼器及數碼管的知識進行針對性的復習,指導學生查閱74LS160、CD4511、74LS00及CC7555定時器的功能及引腳圖。第二步,學生根據教師給定的元件在Proteus平臺上行各單元電路原理圖的設計。可采用設計與仿真調試交叉進行的方法。按照由易到難的原則,可采用如下的設計順序:①振蕩器的設計與仿真調試;②顯示器、譯碼器的設計與仿真調試;③計數器的設計與仿真調試。設計的基本操作步驟是:①選擇、放置元件;②設置元件的屬性;③連線。仿真調試的基本操作步驟是:①單擊仿真工具欄中的“開始”按鈕,即可進行仿真;②系統自動檢測電路,如有錯誤,會有出錯提示。或者運行結果不符合任務書要求時,可單擊仿真工具欄上的停止按鈕;③修改電路;④再仿真,直至運行結果符合要求為止。3)總電路的設計把上述已設計好的各單元電路按照電路框圖連接起來,即可得到總電路原理圖。4)總電路的仿真單擊仿真工具欄中的“開始”按鈕,即可進行仿真,如有錯誤,則對電路進行修改,再進行仿真,直至6只數碼管均能正常顯示時間為止。
1.4在面包板上完成搭建并調試
經過前期在Proteus上的設計及仿真成功,已經證明電路圖的正確性。在面包板上的搭建及調試,主要是鍛煉學生的實踐動手能力,培養認真細致的工作態度,熟練掌握常用儀器的使用方法。
2注意事項
題目的選取既要符合教學大綱的要求,能充分體現本課程所學的主要內容,使學生在設計過程中能綜合應用所學的知識,發揮基本技能,又要盡可能反映科學技術的先進水平,并且具有一定的實用性。就電子技術課程中有關數字邏輯方面的選題示例如下:①簡易交通燈控制邏輯電路設計;②波形發生器;③數字溫控儀;④搶答器電路設計;⑤音樂彩燈控制器;⑥邏輯電路控制的公共汽車語音報站器。以上選題,除注意使學生的理論知識,技能技巧得以鞏固加深,綜合和發展外,還考慮了設計的難易程度,工作量大小,元器件造價的高低等等因素。
隨著科學技術的發展,大規模集成電路越來越普及,專用集成電路大量涌現,各種新的電子器件不斷問世,給課程設計帶來了勃勃的生機,不僅大大減少了單元電路設計的工作量,也會把課程設計的質量推上新的水平。各種各樣的集成一體化電源的出現,使設計人員減免了電源電路設計計算,器件組裝、電路調試諸項工作,只是適當選型即可。數字顯示部件中的五合一電路CL413和LCL331等新產品,將計數、鎖存、譯碼、驅動、顯示五種功能集于一體,也大大減少計者的工作量,并且這些新產品具有功耗低,高可靠性、壽命長等優點,會大幅度提高設計電路的性能指標。在設計中新產品新技術的應用會大大縮短設計周期。所以,設計內容也要不斷更新,難度、工作量、成本核算也要作相應變更,與科學技術發展的步調一致。
簡言之,設計選題的原則是,從生產和科研需要出發,選擇既能全面考核學生掌握本課程所學知識的程度,能夠使學生加深并拓寬綜合理論知識,又利于鍛煉學生分析問題和解決問題的能力的課題,同時還要考慮學校的課程設計資金情況和教學安排的時間。有些學生在電子技術方面起步較早,對實際電子電路比較熟悉,可鼓勵他們自選課題,由指導老師按教學要求進行審定后實施。
保證課程設計質量的關鍵是充分發揮學生主體性
首先要明確課程設計的重要性。在指導課程設計的動員會上,筆者就向大家講明,我院工業電氣自動化專業,只設置了“電子技術課程設計”,這是學生在校期間進行的唯一由自己設計、實施、完成實際電路的實戰訓練;大家應該十分珍視這一理論用于實踐、指導實踐的極好機會;成功的課程設計,對學生一生工作都具有十分重要的指導意義。
其次,在向學生下達設計任務書的同時,要強調課題在生產實踐中的實用性,并結合任務書中列出的技術參數與目前生產現場使用的儀器設備進行比較,指出設計課題的先進性和科學性。
最后,要鼓勵學生認識自己的價值,肯定自己的能力,樹立做好課程設計的信心。例如,揭示學生某些電路在實驗課中已經做過,并且做得不錯;提示學生某些設計在習題課上或作業中已進行過單元電路參數的計算,邏輯電路的連接:使學生有一種似曾相識的感覺。
全面地評價學生的課程設計質量
北京工商大學計算機與信息工程學院 付 揚
【摘要】設計一種多路輸出的直流穩壓電源。通過對220V電網電壓進行降壓、整流、濾波,并以三端可調和固定輸出的集成穩壓器穩壓,得到多路電壓輸出。設計中依據Multisim仿真,通過不斷調試修改電路參數,取得了理想的設計效果。該電源可以滿足多種工作電壓系統的需求,并在實際中得到很好地使用,具有很強的實用價值。
【關鍵詞】Multisim仿真;穩壓電源;多路輸出
1.引言
在電子電路和電子設備中常常需要各種不同電壓的直流電源,但有些電源只有某一固定電壓輸出,或有些電源體積偏大,給一些便攜式電子產品及小型的電子系統使用帶來不變,基于此本設計研究一種多輸出便于攜帶的直流穩壓電源,它將電網交流電變為各種需要的直流穩壓電源。
為保證設計實現,電路基于Multisim仿真進行設計。Multisim是美國國家儀器公司推出的原理電路設計、電路功能測試的虛擬仿真軟件,它具有較為詳細的電路分析功能,可以設計、測試和演示各種電子電路。
2.設計任務及方案
設計多路輸出直流穩壓電源,即輸出±(1.25V~20V)任意可調電壓;輸出±12V電壓;輸出±5V電壓。
設計的直流穩壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四部分組成,如圖1所示。其各部分主要完成的作用是:電源變壓器將交流電網電壓u1變為合適的交流電壓u2;整流電路將交流電壓u2變為脈動的直流電壓u3;濾波電路將脈動直流電壓u3轉變為平滑的直流電壓u4;穩壓電路清除電網波動及負載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩定。
圖1 直流穩壓電源框圖
3.單元電路設計
3.1 變壓器降壓和整流電路
220V交流電首先要降壓,以得到合適的電壓值,其降壓和整流電路如圖2所示。根據設計任務,需要降壓電路具有2路輸出,電源變壓器可選一次輸入220VAC,二次輸出2個繞組均為20V,其A點仿真波形如圖3所示,圖中兩條曲線分別為輸入交流電壓波形和降壓后的波形,A點相位與輸入相同,B點相位與輸入相反。
圖2 降壓和橋式全波整流電路
圖3 輸入波形和A點降壓波形
利用整流二極管的單向導電性,將降壓后雙向變化的交流電變成單向脈動的直流電,常用的整流電路有單相半波整流電路與單相橋式整流電路兩種,本設計采用單相橋式整流電路,其仿真結果如圖4所示,圖中上面曲線為C點整流波形,下面曲線為D點整流波形。
圖4 整流電路仿真波形
設變壓器副邊電壓為:
(1)
整流輸出電壓平均值Uo:
(2)
由于每個周期內,D1、D4串聯與D2、D3串聯各輪流導通半周,所以每個二極管中流過的平均電流只有負載電流的一半,二極管截止時,每個二極管承受的最高反向電壓就是變壓器次級交流電壓u2的最大值。
3.2 濾波
整流輸出的直流電壓脈動分量比較大,為減小脈動,在整流電路之后加上濾波電路。本設計采用電容濾波,電容在高頻時容抗小,和負載并聯,從而達到減小紋波的目的,電容濾波電路如圖5所示。
圖5 整流濾波電路
若濾波電路負載開路,則輸出電壓為。接入負載后,其輸出電壓取決于時間常數RLC,RLC 越大,Uo越高,脈動越小,同時負載電流的平均值越大,整流管導電時間越短,二極管 iD的峰值電流越大,當時,工程上常取:
(3)
仿真波形如圖6所示,濾波后輸出電壓的脈動程度大大減少,而且輸出電壓平均值U0提高了,上面曲線是C點波形,此時C為10μF電容,下面近乎直線是D點波形,C為4700μF電容濾波波形。
圖6 10μF和4700μF電容濾波波形
3.3 穩壓電路
穩壓電路采用三端集成穩壓器,三端集成穩壓器只有三個引腳,即輸入端、輸出端、公共端。輸出電壓固定的三端集成穩壓器有正輸出(LM78××)和負輸出(LM79××)兩個系列,以上各型號中的××表示輸出固定電壓值,一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8種。輸出電壓可調的三端集成穩壓器有LM317、LM117(輸出正電壓),LM337、LM137(輸出負電壓),其最大輸入電壓40V,輸出電壓范圍為⒈25~37V。
4.整體電路設計實現
整體電路設計如圖7所示,輸出±可調電壓由LM317和LM337的E、F輸出,其通過調節滑動變阻器RW,輸出電壓可調,其輸出電壓計算公式:
(4)
LM7812和LM7912輸出G、H分別為±12V,LM7805和LM7905輸出M、N分別為±5V,其正電壓E、G、M點輸出仿真如圖8所示,負正電壓F、H、N點輸出仿真如圖9所示,由仿真可見,實現了預期的設計。
圖7 多路輸出穩壓電源電路
圖8 分別為E、G、M點輸出電壓
圖9 分別為F、H、N點輸出電壓
5.結論
基于multisim的實現了直流穩壓電源的降壓、整流、濾波和穩壓設計,實現了多種穩壓輸出,其設計調試方便,達到理想設計。該設計已經使用到我們電子技能實訓的各種電子系統中,使用方便,效果很好。
參考文獻
[1]卞文獻,何秋陽.Multisim10仿真軟件在《模擬電子技術》理論課教學中的應用[J].電子世界,2012.13:162-163.
[2]雷躍,譚永紅.用Multisim10提升電子技術實驗教學水平[J].實驗室研究與探索,2009(4):24-27.
關鍵詞:興趣導向;項目教學法;教學實踐
中圖分類號:G642.4 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)43-0226-02
興趣是最好的老師。大學生的綜合素質培養及專業技能的提高,若以興趣對之加以引導,無疑可以達到事半功倍的效果[1]。但是對于學習目標不夠明確的學生,單憑一時的興趣難以在漫長的學習過程中堅持下去。特別是面對比較難學的課程,或者是需要反復訓練才能掌握的技能時,學習過程中難免會有學生感覺到枯燥和困難,甚至會中途放棄。因此,單憑初入門時的興趣和熱情是遠遠不夠的。如何在比較復雜的課程學習中保持學生的學習興趣并逐步引導其深入鉆研?這是教師在教學中值得重視的關鍵問題。甚者,引導學生對某一課程、某一學習任務產生興趣并自覺深入學習是獲得良好教學成果的充分條件。本文擬分別以電子電路設計課程的教學實踐進行比較研究,試圖找到并總結出相關教學的成功經驗及教訓,以改良教學軟環境,充分發揮學生學習的積極主動性,提高學習效率,進一步改善教學效果。
一、課程設置及教學任務簡介
電子技術課程是在授課對象學習了電路原理的基礎上,進一步教授其電子學的原理以及電子電路分析及設計方法的課程。電子電路設計課程是電子技術課程應用的延伸,以實踐教學為目標,要求教會學生運用所學的電子電路的理論知識,自己選擇電子元器件進行系統設計、繪制并制作出某種特定功能的電路以解決實際問題。在學生進行電子電路的設計之前,首先要幫助其明確設計任務[2,3],也就是設計目標電路所要完成或者實現的功能。并且根據這一設計任務及其相應的關鍵影響因素,進行電路方案的比較選擇。其中包括方案中的各個部分,如單元模塊電路以及各個模塊的接口的設計,電路中元器件的選擇和參數計算等。結合現有的實驗條件,根據設計作品將來的應用環境及適用范圍等設計要求,綜合考慮選擇出最佳電路方案。然后畫出完整的系統電路圖,并制作電路板、完成調試應用等系列工作。
二、相關教學活動的組織
面對從未接觸過該學科的學生,教師的系統的知識傳授和學習指導必不可少。需要學生自己擴充閱讀、查找文獻;學生之間也需要相互學習、共同合作[4]。本文側重講解學生自主參與的有關教學組織情況及其教學效果。在下發設計任務之前,以教師講解為主。系統地傳授電路原理知識、基本的電子元器件及其特性,電子電路的特性及基本的設計技巧等。此后,以教師指導為輔,學生合作學習為主,利用興趣和項目作為導向,組織開展電子電路的設計教學活動:
1.下發設計任務時,首先要明確設定所要做的電子電路系統的設計要求。以項目任務為引導。
2.根據學生興趣假定設計題目供選擇,并完成分組。其中,小組分配中注意人員學習基礎或性別的搭配及人數的均衡。
3.分組進行討論、設計,并分工合作,開展設計,其中方案的選擇包括單元電路的設計和參數的計算以及元器件的選擇。
4.根據盡可能發揮小組成員中各自所長的原則,分工合作進行電路的設計圖紙繪制、仿真、電子器件的采購、焊接制板、編程控制、作品操作演示等各項工作。
5.進行小組評比,其中引入競爭合作機制,增強學生的學習興趣和熱情。通過作品展示、講解、設計說明、答辯等一系列環節,最終評定優秀作品設計。
三、教學組織策略的分析及成果對比
傳統的教學安排主要以課堂講授系為主。學生自主參與的意識不強。學生理論知識的掌握比較好,學生對電子電路的設計往往只停留在仿真的階段。對于實際問題的體會和解決等鍛煉遠遠不足。甚至由于學生的自覺性差,電路圖紙的繪制可能不完整,電子元器件的選擇、電子電路的制作和調試等環節往往容易被忽略。通過對先后2009及2010兩個年級相同專業的班級(兩個班級人數、性別比例、生源、基礎成績相差不大,具有可比性)采用不同的教學方式,將其各項能力的培養和教學效果的調研反饋結果進行對比。2009級學生掌握的程度反饋(按百分比)如下:理論85%;繪圖70%;仿真90%;制板10%;調試8%。10級學生掌握的程度反饋(按百分比)如下:理論89%;繪圖90%;仿真85%;制板95%;調試75%。明顯發現,以興趣和項目導向的教學方式,無論是對學生的圖紙繪制、電路板的制作、電路故障查找及調試等實踐能力都有更大的提高。即使是對于理論知識的理解,后者由于通過實踐環節的鍛煉和相關討論,促進學生加強了對理論知識的進一步理解。特別是通過引入競爭合作機制,加強小組成員之間的合作交流,以及小組與小組之間的比較和相互學習,使各環節的學習效果明顯增強。值得一提的是,由于所設計的電路比較簡單,部分學生不夠自覺,沒有嚴格按照要求去做,仿真環節的鍛煉不夠。教學時間和設計題目的局限性,需要敦促學生加強對于仿真的學習和進一步提高。
四、經驗教訓總結
1.以學生為中心的興趣驅動大大提高了學生學習的積極性和主動性。雖然教師的講授在前,在之后整個設計過程中任意環節里,教師的引導必不可少。尤其在學生遇到困難時,如何幫助學生,通過問題的解決和進步來鞏固學習的熱情,進一步提高學習的積極性,是教學全過程教師都需要重點監控的問題。
2.以項目式的任務驅動促使學生加強實踐,幫助學生鞏固了所學的理論知識,大大提高了解決問題的能力。
3.引入的競爭機制和團隊合作相結合,一方面,可以促使組員之間相互溝通和共同協作,有助于培養學生的團隊合作精神和責任心。這也是職業人才的必備素養之一。另一方面,小組之間的競爭和相互比照,可以進一步加強學生之間的相互學習,并能客觀地看到自身的不足,有利于設計的改進和提高。另外,這種相互學習的方式,也有利于彌補師生比例存在較大差異時,教師精力有限,指導不足的缺陷。
4.以興趣與項目導向的教學有利于激發學生學習的積極主動性,對于學生持續地鉆研探索也有一定的幫助,可以明顯提高其學習效率,改良教學軟環境,改善教學效果。
參考文獻:
[1]季艷.電子專業課教學激趣策略探析[J].無線互聯科技,2013,(1):229.
[2]于源.項目教學法在電子技術課程設計中的應用與研究[J].遼寧教育行政學院學報,2010,27(5):84-86.