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电路与模拟电子技术

电路与模拟电子技术

电路与模拟电子技术范文第1篇

关键词: 课堂教学; 问题驱动法; 实验管理

中图分类号:TP311.1 文献标志码:A 文章编号:1006-8228(2013)09-50-02

0 引言

“电路与模拟电子技术”是根据计算机专业的特点把电路和模拟电子技术合成的一门课程[1-2],它作为算机专业的一门专业基础课,为数字电子技术、计算机组成原理、单片机等课程打基础,并且为学生从事工程实践奠定坚实的基础。

1 以往教学存在的问题

从以往的教学检验结果来看,电路与模拟电子技术这门课程的通过率相对较低,整个教学效果不佳,我们分析主要有以下几方面原因。

⑴ 本课程是一门专业基础课,理论性较强,传统的教学模式是以教师讲授为主,很难激发学生的学习兴趣。

⑵ 电路部分与中学物理的电学部分相关度较大,有中学物理的基础,学生掌握得相对较好,但是模拟电子技术部分,对学生来说是一个全新的内容,并且模拟电子技术的特点是由定量分析转换到定性分析,定性分析要根据实际情况对相关的参数进行取舍,增加了学习难度,所以模拟电子技术部分学生掌握得较差。

⑶ 本课程课时少、内容多。在讲课过程中只能选讲一部分内容,这样就破坏了课程的完整性,这也是导致学生掌握不佳的原因。

⑷ 实验课的设计与组织不佳,不能使学生很好地把理论与实践相结合,并很好指导实际。

2 课堂教学的改革措施

⑴ 在讲课过程中,一定要注重理论与实际相结合,把实际中的应用与计算机专业中的应用结合起来。例如在讲二极管的时候,对二极管在实际中的应用多讲一些。另外,讲课过程可借助多媒体以及仿真软件进行教学,比如在讲戴维南定理的时候,可以首先通过仿真实验、模拟探究,从而引出戴维南定理的过程,培养学生的观察能力和运用所学知识对实验结果进行分析、综合、归纳的能力,并以此使理论知识变得更加生动形象,激发学生的学习兴趣,使课堂效果变得更佳。

⑵ 问题驱动法在课堂教学中的应用。

问题驱动式教学法[3-4]的特点是教师通过巧妙设计教学任务,将要讲授的知识通过问题蕴含于任务之中,使学生在通过回答或解决问题完成任务达到掌握所学知识的目的。学生在完成一个个具体而真实的任务过程中要对任务进行分析,从而提出问题,并研究解决问题的方案,通过自主学习、小组合作学习与探究活动,完成学习任务,达到最终目标。以讲授模拟电子技术里共射放大电路的组成及工作原理为例[5]作如下探讨,共射放大电路如图1所示。

① 提出问题

问题的提出由浅入深,由简入易,并且问题之间相互关联。如T代表什么;VBB、Rb的作用是什么,没有Rb行吗;VCC、RC的作用是什么;C1、C2的作用是什么;这些参数的选择是任意的吗;如何实现放大等。

② 问题的解决

给学生时间让学生去分析解决所提出的问题,采用分组讨论的形式,以此来提高学生对课堂的参与意识,在讨论的过程中,对问题看得更加清晰,最后每个小组呈现一个结果;教师鼓励学生大胆说出自己的想法,不要怕错,这只是一个思维训练的过程,最后由老师进行总结。

③ 问题的总结和升华

在解决这个问题的过程中,学生对大部分问题都能通过讨论得出正确的结论,但是有一个问题学生还是不能准确把握,如:没有Bb行吗?一部分同学就认为可有可无,其实这是不正确的,因为VBB、Rb的作用是保证发射结正偏,并提供合适的正偏电压,如果没有Rb有可能把晶体管烧掉。另外,针对参数的选择是不是任意的这个问题,我们说模拟电子技术里的相关的电路对参数选择的要求较高,元件的选择要恰到好处,不然就实现不了放大,或者进入了饱和区和截止区,使波形产生了失真,这也是模拟电子技术学习困难的一方面原因。通过对这些问题的讲解,学生对基本放大电路的工作原理会更加清晰。

3 实验教学的改进

⑴ 实验的设计。以往的实验教学以单一的理论实验为主,实验与实际之间联系不够紧密,在实验的过程中,学生只是机械地连线、计算,而没有真正地理解相关的理论。所以要多设计一些综合性的实验,一方面可以促进知识的融会贯通,另一面综合性实验和实际联系紧密,学生在实验的过程中兴趣更浓厚,更有利于知识的掌握。

⑵ 实验课的组织与管理。由于实验课的形式比较灵活,导致部分学生对实验课的重视程度不够。所以要加强实验课的管理,加强管理可以从以下几方面着手。

实行签到签退制度,保证学生有足够的时间进行实验。

实验中,由于存在学生的个体差异,部分学生动手能力强,知识掌握的牢固,可能很快就把实验做完了,这样可以安排这部分同学对一些实验困难的同学进行指导和帮助,保证大部分同学都能在规定的时间段内得到正确的实验结果。

增加实验课的考核,实行随堂考核和整体考核相结合的方式,每次实验结束后,以抽检的方式考核,考核方式可以多样化,包括回答问题、实际操作、实验理解等,以此保证实验课的效果,以及学生进行实验的积极性,整体考核把实验课的成绩纳入课程考核中,实验课占期末总成绩的话20%,通过考核机制来保证实验的效果。

4 结束语

“电路与模拟电子技术”是计算机专业的一门专业基础课,学好此门课程对后续硬件课程的学习有很大的帮助,所以在实践与教学的过程中要不断地改进教学方法,提高教学效率,促进教学效果的不断提高。本文从课堂教学与实践教学两方面对课程改革进行探讨,并不断地应用于后续的教学中,收效明显。在以后的教学中我们仍然要不断地总结、探索,以寻找更好的教学方法。

参考文献:

[1] 殷瑞祥.电路与模拟电子技术[M].高等教育出版社,2004.

[2] 高玉良.电路与模拟电子技术[M].高等教育出版社,2005.

[3] 曹晓凡.问题驱动教学法在环境法课程中的应用[J].中国环境管理干部学院学报,2010.4.

电路与模拟电子技术范文第2篇

关键词:Proteus仿真;模拟电子技术;职业教育

模拟电子技术课程是我校五年制高职电子信息工程技术专业核心教学与项目训练课程,电子信息工程专业人才培养方案赋予模拟电子技术课程的任务是:使学生掌握线性典型基本单元电路的工作原理,学会分析模拟电路的一般方法,培养一定的计算分析能力,培养较强的操作技能,为学生的终身学习及工作打下坚实基

础。在教学中,如何完成专业人才培养方案赋予课程的任务?如何让电路理论与实际应用之间很好地对接?如何化繁为简、形象生动地理解所学所教?这些问题一直困扰着师生,本文结合Proteus仿真软件在模拟电子技术课程中的教学做一些尝试。

一、职业院校模拟电子技术课程教学模式变革

模拟电子技术课程是电类专业非常重要的专业基础课程,它不但集繁杂理论、实验实践于一体,与工程实际也密不可分;而且对专业能力的形成、后续课程的深入学习影响深远。传统的“粉笔+书本”教学模式已经完全无法适应教育现代化进程的不断推进和

素质教育的深入开展;突出以能力为本位、以学生为主体、以就业为导向的理实一体化模式在模拟电子技术教学实践中效果明显。模拟电子技术课程理实一体化模式中的“理”是指电路的原理或理论,“实”是指实验或工程实践。理实一体化模式教学既要求师生做好理论的教和学,同时要求在课堂内外对学生展开实践教学,深入实验室、工作现场为学生进行讲解,配合理论,加深学生对模拟电子技术相关知识的理解与认知。

但在实际教学中,“实”的教学经常受到经费和实验或实践条

件的限制,无法及时提供实验或实践场所或所需元器件来装接、调整电器参数,而且存在仪器和元器件的损耗问题。在“理”的教与学过程中,师生共同面对抽象枯燥的电路理论、空洞复杂的电路分

析——干涩无味又难以理解,师生的教与学都费力、费时,还无法达到预期的教学效果。

迅速发展的电子与信息技术提供了EDA教学新平台,如果恰当地运用EDA工具软件虚拟仿真来辅助教学,可以较好地克服我们在理实一体化教学中遇到的这些困难。EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写。在电子领域中,EDA技术发挥着重大的作用,是现代电子设计的核心。在模拟电子技术教学中,从早期的EWB到现在的Multisim,我们的确感受到了EDA的仿真技术能打破专业教学上的一些局限性,在激发学生学习兴趣的同时保证了良好的教学效果。

二、Proteus与模拟电子技术课程教学

1.认识Proteus软件

Proteus是英国Labcenter electronics公司开发的EDA工具软件,虽然只有20多年的历史,但在全球的使用范围很广。Proteus软件的功能强大,它集电路设计、制版及仿真等多功能于一体,不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析,还能对微处理器进行设计和仿真,并且功能齐全,界面多彩,是近年来备受电子设计爱好者青睐的一款电子线路设计与仿真软件。Proteus主要由ARES和ISIS两大模块构成,ARES主要用于印刷电(PCB)的设计及其电路仿真,ISIS主要用于原理图的设计并仿真:包含有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机仿真。Proteus软件所提供了30多个元件库,8000多千种元件,且随着版本的不断升级,数量仍在不断增加,元器件涉及数字和模拟、交流和直流等25个大类。

2.结合Proteus仿真平台的模拟电子技术课程教学

Proteus仿真结果的显示形式非常适合于学生认知电路的功能,是模拟电子技术教学良好的辅助手段。恰当地应用,不仅可以帮助学生掌握模拟电子技术教学的基础知识、基本理论、基本分析和设计方法,为学习后续课程提供必要的理论基础知识和实践技

能,还可以培养学生对知识的广泛兴趣,激发他们的创造性。与传统实验方式相比,是一种更能突出以学生为中心的开放式教学。

选择Proteus软件与模拟电子技术教学相对接,是因为它不但在电路仿真功能上可以和Multisim相媲美,而且它的PCB制版功能也可以和Protel相媲美,更重要的是它的单片机仿真功能是其

他任何EDA软件都不具备的。可以看出Proteus软件的功能不但强大,而且每种功能都不逊色于同类软件,是电子信息类专业学生学习专业课程难得的一个工具软件。当然,电路的仿真属于理想状况,并不能完全代替实验室实验。如果我们能合理安排一些实践内容和实践时间,辅以Proteus软件来学习,我们的教和学就会事半功倍。

参考文献:

[1]陈其纯.电子线路.2版.北京:高等教育出版社,2008.

[2]胡宴如.模拟电子技术.2版.北京:高等教育出版社,2004.

[3]朱清慧,张凤蕊,翟天嵩,等.Proteus教程.1版.北京:清华大学出版社,2008.

电路与模拟电子技术范文第3篇

关键词:多媒体技术;高职;模拟电子技术;课程教学

随着计算机信息处理技术、网络通讯技术、多媒体数字化技术的快速发展,传统的教育观念、教育思想、教学内容、教学模式、教学环境、教学方法、教学手段和教学管理等正在发生深刻的变革,其中对现代信息化教学技术的应用是诸多教育教学改革的重要组成部分。《模拟电子技术》作为高职院校电类专业的一门重要基础课程,主要研究各种半导体器件的性能、电路及应用,是后续电类课程的理论和实践基础。然而,《模拟电子技术》课程概念抽象、非线性特性多、电子器件参数分散性大、工程应用性强,在传统教学中,往往是教师讲得通学生却听不懂,或学生听懂了却想不通。将现代信息化教学技术——多媒体技术应用到《模拟电子技术》课程教学,具有非常重要的现实意义。

高职《模拟电子技术》课程教学的特点

(一)概念抽象

该课程的概念和理论比较抽象,给教学带来了较大困难。如PN结单向导电性、正弦波振荡电路起振过程等,学生对这些概念和理论很难理解。为了使学生能够较好地接受这些单调、枯燥的理论,课程教学中教师多采用启发式、互动式、引例式、演练式等教学方法来加深学生的理解,但教学效果并不显著。

(二)非线性特性多

模拟电路是由半导体二极管、三极管为主要器件组成的。二极管、三极管均具有非线性特性,因此,线性电路理论对于分析和设计模拟电路不适用,必须采用非线性电路的分析方法。传统教学在这方面收效甚微。

(三)电子器件特性分散性大

电子器件的参数是特性的定量描述,也是实际工作中根据要求选用器件的主要依据。然而电子器件参数分散性较大,相应的特性分散性也较大,往往需要通过手册查得,在实际电路中往往难以或是不需要精确计算输出值。

要准确选取具有分散性的电子元器件,除了需要扎实的理论,还需要丰富的经验。

(四)工程应用性强

在科学技术飞速发展的今天,模拟电子技术几乎在所有的领域——科学研究、生产实践、日常生活中无处不在。模拟电子技术工程应用十分广泛,设计、应用一个模拟电路,即便是一个小型的应用电路,也是一项系统工程。

多媒体技术在教学中的优势

(一)多媒体技术形象生动,容易激发学生的学习兴趣

多媒体教学手段以灵活多变的教学方式,给学生提供鲜明、生动、清晰的感受,使学生感兴趣。多媒体教学手段以大量视听信息和高科技手段来冲击学生的思维兴奋点,可以极大地激发学生学习《模拟电子技术》课程的兴趣,从而调动起学生的学习积极性。

(二)多媒体技术丰富课堂信息量,能大大提高教学效率

《模拟电子技术》课程的主要特点是合理利用视图及表达方法表达各种元件及电路图的结构及有关国家标准。为了收到较好的教学效果,教师往往在课堂上手绘各种电路图。这个过程要占用许多授课时间,如果刻意减少绘图,势必会影响教学效果。而将多媒体技术应用到《模拟电子技术》课程教学中,制作电子教案、绘制电路、解答习题、做虚拟实验、进行仿真应用,能极大地丰富课堂教学信息,从而提高课堂教学效率。

(三)多媒体技术便于理论联系实际,有助于培养学生的动手能力

处于工作状态的模拟电路看似平静,实则正在发生量和质的深刻变化。这样的过程,传统教学手段根本无法在学生面前展示,学生的兴趣点往往只停留在电路的输出结果上,而忽视电路的实际工作原理和工作过程,不利于学生动手能力的培养。多媒体技术教学最大的优势是可以将复杂模拟电路的工作过程形象化,使理论联系实际。这对于促进学生实际操作、设计、应用模拟电路具有十分重要的意义。

多媒体技术在高职《模拟电子技术》课程教学中的应用

(一)使微观世界和抽象概念直观化

由于半导体内部的载流子是微观粒子,看不见、摸不着,因此,在传统教学中,学生对PN结形成过程的理解全靠想象,学生感到太抽象、难以接受,在短时间内很难透彻理解。

采用多媒体动画教学,可将P型半导体与N型半导体内部的空穴与电子用不同的标识符形象地描绘出来,生动地演示PN结内部微观粒子的运动。这样,将学生带入微观世界,就可以让学生去观察和发现“奥秘”:扩散运动内建电场漂移运动扩散与漂移达到动态平衡,从而理解PN结的形成过程。

通过在PN结两端加不同极性的电压来破坏PN结原有的动态平衡,会使它呈现单向导电性。可利用多媒体动画演示PN结加正向电压处于导通状态时,外加电压的方向与内电场方向相反,使P区的多子空穴和N区的多子电子都推向空间电荷区PN结厚度变窄内电场削弱PN结原有的平衡被打破扩散运动大于漂移运动在外电源作用下,P区空穴不断扩散到N区,N区的自由电子不断地扩散到P区,从而形成了从P区流入N区的正向电流PN结正向导通。PN结反偏时的动态过程正好相反,少子漂移运动形成极小的反相饱和电流。这样,就能使学生真切感受PN结的单向导电性,“亲眼见到”在微观世界里PN结如何正偏导电与反偏截止。

三极管与场效应管内部载流子的运动都可以用多媒体动画形象生动地演示,将肉眼看不见的微观世界载流子传输过程非常形象和直观地展现出来,学生的学习效果会非常好。

(二)使非线性特性形象化

非线性电压放大电路对低频信号的放大作用是本课程的重点,是学生学习后续各章节的基础,同时也是难点。许多学生很难在脑海中建立交直流共存的概念,尤其是对于非线性电路。为了使学生更好地理解交直流如何共存于一个非线性电路,最直观的方法就是图解法。

这种方法通过波形图与非线性元器件的特性曲线来动态展示电路的电压放大特性。先画出只有直流信号作用下的共射极放大电路的直流通路,带领学生分析仅在直流信号作用下流过三极管的静态基级电流与静态集电极电流的波形图。然后在直流通路的基础上,输入与输出端加上耦合电容,由输入耦合电容将低频交流小信号加在放大电路的输入端。最后利用动画效应给出输入端交流小信号随着时间的推移电压ui波形的动态变动情况。此时,在交流信号的作用下,基级电流ib,集电极电流ic,集电极与发射极之间的电压uce以及输出电压u0的波形,随着ui的动态变化就生动形象地显现在各支路与输出端。动画演示可采用慢放方式,使学生在波形的缓慢变化中看到输入与输出信号之间的动态关系与变动过程,以及ube与ib和uce与ic的非线性关系,由此即可形象展示交直流的共存现象。动画展示时,信号波形的变化快慢以及信号的周期可以根据具体情况调整,启发学生从中观察输入信号频率变化对输出信号的影响。

分析温度、电路参数对静态工作点的影响时,利用多媒体课件,可逐步展示随着温度与各电路参数的变化,静态工作点逐步上移或下移的过程,以及工作点位置不当时,输出信号波形出现的非线性失真。静态工作点过高使放大管进入饱和区输出波形出现饱和失真,过低使放大管进入截止区输出波形出现截止失真,以及波形上半周或下半周出现畸变的情况,都可以用动态图像形象地展示,进而取代书本上的静止图像。这样,就能马上吸引学生的目光,促使学生去思考。恰当地运用多媒体刺激学生的多种感官,不仅可以吸引学生的注意力,而且能有效地突出重点,突破难点。

(三)使电子器件参数分散性带来的不必要复杂计算简单化

电子器件的参数是特性的定量描述,也是实际工作中根据要求选用器件的主要依据。二极管参数分散性较大,在实际电路中难以精确计算输出值。利用多媒体技术可以简化因电子器件参数分散性带来的不必要的复杂计算(有时复杂精确的计算对于电路分析也没必要,只需知道局部电路的输出值即可反映电路设计的有效性),从而直观演示模拟电路的工作过程。

教师在讲授直流稳压电源内容时,传统的教学方法是先介绍整流、滤波与稳压的理论,然后再通过复杂数学计算与理论推导来求解负载上的输出电压值以及电压脉动系数,最后通过实验演示或实施分组实验教学来验证理论以提高教学效果。如果在这部分教学中辅以多媒体教学,对半波整流电路与桥式整流电路的整流效果、电容滤波与电感滤波的区别,电容C以及负载RL对滤波效果的影响(如图1所示),均可以通过视频动态镜头来展示。可通过慢放展现各种情况下的输出电压波形,引导学生对比波形的不同之处,让学生根据过程演示推导出正确的结论,从而使学生自然而然地得出结论。这要比通过繁杂的数学理论推导得出结论更有说服力,更容易使学生牢记结论。

尤其是在实验条件没办法满足教学要求时,通过多媒体技术进行实验演示,可以使学生通过观察实验过程和现象总结出规律或得出结论,有助于提高学生的学习积极性,提高学生的动手能力。不过要注意的是,多媒体课件所演示的实验难以替代学生亲自动手进行的真实实验,若完全代替真实实验,有可能会扼制学生活跃的思维和丰富的想象力。

(四)虚拟化工程应用实践

对于振荡电路的起振过程,传统教学全靠学生想象,由于学生的知识水平和阅历有限,对起振情景想象不出或想象不全,从而限制了他们对相关知识点的理解。多媒体技术在正弦波振荡电路课堂教学中的应用却能很好地解决这一难题。利用电路仿真软件EWB或PROTEL先搭建振荡电路,接通电源后由虚拟示波器来测试振荡信号的波形(如图2所示),来模拟实现振荡电路的起振与振荡过程,不仅可以使学生深刻体会和理解振荡的抽象理论,而且还可以间接地教会学生如何利用虚拟仿真软件进行电路仿真,可谓一举两得。

正弦波振荡电路的理论讲授完成后,为了使学生能够将所学理论知识运用到实践中,加深对专业理论知识的理解,应带领学生做一个信号发生器。但由于教学资源与教学条件受限,实现起来比较困难。在这种情况下,可以考虑利用虚拟技术来实现,带领学生运用计算机技术与多媒体技术做一个虚拟信号发生器。在制作虚拟信号发生器的过程中,加深学生对振荡电路的理解,从而掌握振荡频率与谐振电路元器件及谐振频率之间的关系。

将多媒体技术应用于教学不仅可弥补有关理论教学、实践教学环节的不足,而且可使仿真软件与虚拟仪器的强大功能在教学领域获得进一步应用。

多媒体辅助教学引入高职模拟电子技术课堂教学后,弥补了传统教学的不足,优化了教学效果,不仅使枯燥乏味的理论变得形象生动,提高了学生的学习主观能动性,也使得学生不再惧怕实验与实训,学会在实践中去思考问题,从而提高动手能力。但多媒体技术的运用要恰到好处,不能取代教师的主导地位与学生的主体地位。巧用与妙用多媒体技术,才能使学生消除对本课程的畏难心理,真正激发学生学习电类专业课的兴趣。

参考文献:

[1]陈吉利,黄克斌,杨斌.多媒体技术在《模拟电子技术》课程教学中的应用[J].软件导刊(教育技术),2009,(5):32-33.

电路与模拟电子技术范文第4篇

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.

电路与模拟电子技术范文第5篇

学分制,属于教育模式的一种,以选课为核心,教师指导为辅助,通过学生的成绩绩点和所修学分,衡量学生学习质和量的综合教学管理制度。与班建制、导师制合称三大教育模式。自2011年7月15日湖北省物价局正式公布了湖北省《普通高等学校学分制收费管理办法》起,湖北省各大高校也陆续开始实施学分制,而我校也准备在2015级新生中全面实施学分制。在这种大背景下,以前的教学方式和教学内容也随之而改变,作为电类专业的三门专业基础课之一的模拟电子技术课程的教学内容整合也急需解决,从而符合时代的发展,不但有利于学分制的顺利实施,更能提高模拟电子技术课程的教学质量。

1模拟电子技术课程的地位

作为电类专业的学生,电路理论、模拟电子技术和数字电子技术必修的三门专业基础课,其中模拟电子技术处于相对重要的位置,不但是电路理论的后续课程,同时也是数字电子技术课程的先修课程,而且现在日益火爆的全国大学生电子设计大赛也是以模拟电子电路为基础的,从中足以说明模拟电子技术课程的重要性和不可或缺的地位。

2模拟电子技术教材的取舍

各大高校选用的教材一般是两个,一个是清华大学出版社出版的由童诗白主编的模拟电子技术基础,另一个是高等教育出版社出版的由康华光主编的教材,我校一直采用的是康华光版的,而在学分制下也准备使用该教材,该教材结构合理,信息量大,比较适合我校电类专业的学生。

3模拟电子技术课程教学内容的整合

学分制前,我校模拟电子技术课程总学时80学时,理论学时64学时,实验学时16学时,理论教学的内容覆盖面广,几乎涵盖了教材的所有章节的内容,从多年的教学经验和学生的反馈情况来看,教学效果并不太好,很多学生觉得这门课太难了,因为我们经常将模拟电子技术简称“模电”,所以学生们还把这门课冠以“魔电”的恐怖称号,从而一级一级往下传,结果更多学生是谈“魔”色变,仅仅部分参加全国电子设计大赛的学生掌握情况还算可以。针对这一情况,尤其是在广泛实施学分制的大背景,由于学分制的实施充分体现了“以人为本”的教育思想,尊重学生选课、选教师、选修学计划的自由,有利于培养学生的个性,充分发挥各自的潜能。在学分制教学体制下,学校就像一个教育大超市,里面的“课程商品”可谓是琳琅满目,学生就是顾客,是上帝。上哪门课,自己选;想听哪位老师的课,自己选;甚至什么时候上课和做实验,都由自己决定。学分制充分体现了学生的自主性,这是一种尝试,对学生是,对老师也是。作为教师,尤其是模拟电子技术课程的我们又该如何处理呢?第一,如何激发学生选这门课程的积极性和学习该课程的积极性,这个是重中之重,只有提高学生的学习积极性,才是提高教学质量的最好的途径,通过调研发现,不少同学对各种游戏感兴趣,而且还建立了讨论群,讨论起来可谓是热火朝天,结果游戏打得顺风顺水,如果学生把讨论游戏、玩游戏的劲头用到学习上,肯定是事半功倍。这是我们作为高校教师必须考虑的问题,那么如何使学生从游戏中抽身出来,投入到课堂上呢?首先要让学生认识到该门课程的重要性,模拟电子技术是处理模拟信号的电路,这个内容直接与我们的日常生活有关,从电的来源、传输、分配以及安全使用,还包括我们身边的各种电子产品,可以说模拟电子技术与我们是戚戚相关的。而在模拟电子技术基础里面,主要是分析现实生活中的微弱信号的放大和直流稳压电源两部分,重点是微弱信号的放大,主要体现是“功放”,实际上就是功率放大,这是学生在课程上和他们自己的电脑上都可以看到的器件,那么功率放大的原理是什么?电路如何实现的?与学生们在物理学中的电学部分所接触的电路有何关联?其次可以通过提问的方式或者让学生自己调研,当然也可以提醒学生多多参加学校组织的甚至是全国性质的电子设计大赛,提高他们实际动手能力的同时,还能激发他们学习模拟电子技术课程的积极性。不过这也仅仅是提高学生学习兴趣的其中一个方法而已。第二,教学内容的整合。实际上这也是提高学生学习兴趣的方法之一。既然模拟电子技术主要内容是放大电路,那么放大电路如何形成,如何分析就是最重要的部分,而升华部分就是放大电路的设计。首先要给学生提出电路的组成,主要是有半导体材料组成的三极管、场效应管形成的分立元件组成的放大电路,以及它们组合一起所形成的集成运算放大器组成的放大电路,分立元件是基础,而集成电路是升华部分,而且是目前运用比较的电路。其次,这两种电路如何分析呢?对于分立元件组成的放大电路,主要有六种放大电路,分析诀窍是“直流”、“交流”四个字,具体的分析步骤有两大步。第一步是静态分析,该步又分为两步,其中之一是画出对应的直流通路,体现出“直流”的特征,画该电路时一定要注意电容断开,其中之二是计算静态参数:基极电流、集电极电流、发射极电流、集电极和发射极两端电压。第二步是动态分析,该步也分为两步,其中之一是画出对应的微变等效电路:画该电路需要两步:(1)画出对应的交流通路,体现“交流”的特征;(2)画三极管、场效应管的小信号模型,其中之二是计算动态参数即:电压放大系数、输入电阻和输出电阻。这个就是模拟电子技术基础课程中最为重要的一个内容。而对于集成运算放大器所形成的放大电路主要有两种:同相电压放大电路和反相电压放大电路。分析诀窍是“虚断”和“虚短”。而具体的分析步骤是四步:(1)利用虚短和虚断的概念;(2)找电路节点,使用基尔霍夫电流定律;(3)欧姆定律;(4)解方程得到需要计算的参数。有此四步可以解决所有集成运算放大器组成的电路,当然还包括其应用,比如加法电路、减法电路、积分电路和微分电路等等。“直流”、“交流”、“虚断”、“虚短”八个字是教学内容整合的关键,也是提高学生学习兴趣的关键。事实上,学生只要能够掌握这八个字的真正含义,放大电路的分析就会迎刃而解,“魔电”的“堡垒”自然是不攻自破。而放大电路的设计问题需要通过实验室和学生参加的各种电子设计大赛来解决,这不但能提高他们的动手能力,而且可以激发他们理论联系实际、学以致用的积极性。

4结束语