前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的模擬電路綜合設(shè)計主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路 模擬電路 發(fā)展
1 前言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長,科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步,電子信息產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展,逐漸滲透到國民經(jīng)濟(jì)生活的各個領(lǐng)域,使人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。電子信息產(chǎn)業(yè)對軍事領(lǐng)域也有著深遠(yuǎn)的影響,改變了傳統(tǒng)戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)模式,在現(xiàn)代國防中發(fā)揮著越來越重要的作用,其在其在國防領(lǐng)域的應(yīng)用也彰顯了一個國家的綜合國防水平。
作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),知識、技術(shù)和資本是電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展的三個重要因素,它彰顯了一個國家或地區(qū)制造業(yè)的整體水平,也是一個國家或地區(qū)科學(xué)技術(shù)和制造業(yè)綜合實力的重要標(biāo)志。就我國目前的社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀而言,我國正處于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型時期。如何平衡新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),達(dá)到經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定快速發(fā)展,解決目前政府資本過剩、內(nèi)需不足、市場疲軟等宏觀經(jīng)濟(jì)問題是我國目前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨的一個重要挑戰(zhàn)。而加速電子信息產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展,對于促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)變革、改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加就業(yè)率、提升就業(yè)水平具有重要作用是應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的最好辦法。
電子電路是電子信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)支撐。是電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重要限制因素。電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展離不開電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。生產(chǎn)技術(shù)的提高及加工工藝的改進(jìn)加快了集成電路的更新速度,也為電子信息產(chǎn)業(yè)注入了蓬勃的朝氣以及更加旺盛的生命力,使其得以快速發(fā)展。根據(jù)其結(jié)構(gòu)、功能的不同,電子電路可以分為模擬電路和數(shù)字電路。
2 模擬電路
模擬電路是一種針對模擬信號(幅值隨時間連續(xù)變化的信號)行傳輸或處理的電子電路。它主要是利用電流或電壓對真實信號進(jìn)行模擬,使其等比例的再現(xiàn)。如調(diào)幅/調(diào)頻的收音機(jī),接收處理無線電廣播信號,然后經(jīng)過一系列的混頻、放大、解調(diào)等過程,最終完成音樂的播放和新聞等的報道。模擬電路在生活中的應(yīng)用非常廣泛,如晶體管小信號放大器,低頻功率放大器,負(fù)反饋放大器,MOS 集成運放,諧振放大器,直流穩(wěn)壓電源等。都是用模擬電路制作的。
模擬電路的設(shè)計過程比較復(fù)雜,其設(shè)計的重點在于電路參數(shù)的實現(xiàn)。其設(shè)計的基本流程主要包括以下幾個方面:
2.1 系統(tǒng)定義
系統(tǒng)定義是模擬電路設(shè)計的基本前提。根據(jù)設(shè)計要求,模擬電路設(shè)計工程師需要對電路系統(tǒng)及子系統(tǒng)做出相應(yīng)的功能定義,并確定面積、功耗等相關(guān)性能的參數(shù)范圍。
2.2 電路設(shè)計
電路結(jié)構(gòu)的選擇是電路設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。模擬電路設(shè)計工程師需要根據(jù)模擬電路需要實現(xiàn)的功能要求、設(shè)計規(guī)范及相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)選擇合適的電路結(jié)構(gòu),并在此基礎(chǔ)上確定元器件的組合方式等。針對模擬電路的設(shè)計,目前暫時沒有可以利用的比較成熟的設(shè)計軟件,因此,只能是有工程師根據(jù)自己的經(jīng)驗手工完成。這在一定程度上增加了模擬電路設(shè)計的難度,限制了模擬電路的發(fā)展速度。
2.3 電路仿真
電路仿真是模擬電路的設(shè)計過程中必不可少的一個環(huán)節(jié),是模擬工程師判斷模擬電路是否可以達(dá)到設(shè)計要求的一個重要依據(jù)。工程師根據(jù)仿真結(jié)果,不斷對電路進(jìn)行修改和調(diào)整,直到模擬電路的仿真結(jié)果可以達(dá)到設(shè)定的指標(biāo)及相應(yīng)的功能要求。常用方法主要有參數(shù)掃描法,直流和交流分析法、蒙特卡羅分析等
2.4 版圖實現(xiàn)
版圖將電路設(shè)計轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的重要橋梁。在由前面的設(shè)計及仿真結(jié)果確定了模擬電路的結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)后,設(shè)計工程師對設(shè)計的模擬電路進(jìn)行物理幾何性的描述,將其轉(zhuǎn)換成圖形格式,以便于模擬電路后續(xù)的加工與制作。
2.5 物理驗證
在物理驗證階段,需要對設(shè)計的模擬電路進(jìn)行設(shè)計規(guī)則檢查(DRC)。設(shè)計規(guī)則檢查是在給定的設(shè)計規(guī)則的基礎(chǔ)上對其最小線寬、孔尺寸、最小圖形間距等限制工藝進(jìn)行檢查,衡量版圖工藝實現(xiàn)上的可行性。此外,還要對版圖與電路圖的一致性進(jìn)行檢查(LVS)??梢岳肔VS工具提取版圖的參數(shù),將得到的電路圖與原電路設(shè)計圖進(jìn)行比較,保證版圖與原電路設(shè)計的一致性。
2.6 寄生參數(shù)提取后仿真
在版圖之前進(jìn)行的電路設(shè)計的仿真稱之為“前仿真”,“前仿真”都是比較理想的仿真,沒有考慮到連線的電阻、電容等寄生參數(shù)。將寄生參數(shù)加入版圖后進(jìn)行的電路仿真稱之為“后仿真”,只有當(dāng)后仿真的仿真結(jié)果達(dá)到設(shè)計指標(biāo)及系統(tǒng)功能要求,電路的設(shè)計工作才算完成。寄生參數(shù)對模擬電路的影響較大,前仿真的仿真結(jié)果滿足的情況下,后仿真結(jié)果卻無法滿足要求。因此,設(shè)計工程師需要根據(jù)后仿真結(jié)果不斷進(jìn)行晶體管參數(shù)的修改,有時甚至要進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的調(diào)整,直至后仿真結(jié)果達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計要求。
目前,模擬電路設(shè)計難度高且比較復(fù)雜,使用的EDA工具的功能和系統(tǒng)配套性又相對落后,且在設(shè)計過程中需要進(jìn)行頻繁的人工干預(yù),對寄生參數(shù)等比較敏感等,這些都在一定程度上限制了模擬電路的發(fā)展,導(dǎo)致模擬電路發(fā)展速度相對緩慢。
3 數(shù)字電路
關(guān)鍵詞:模擬電子技術(shù);課程內(nèi)容體系;實踐教學(xué)
中圖分類號:G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2011)19-4758-02
Study and Practice on the Teaching Innovation of Simulation Electronic Technology Course
LIN Jian-yu
(Information Engineering Department of Changzhou Radio and Television University, Changzhou 213001, China)
Abstract: Simulation Electronic Technology Course is the important major course of electronic majors in higher vocational colleges, whose engineering and practicality is very strong. Deal with the problem in the teaching of the Simulation Electronic Technology Course, this article determines the guiding ideology of teaching reform, puts forward proposals in the aspect of the actuality and characteristic of the course, the construction of the curriculum content system, teaching manners and artifices.
Key words: simulation electronic technology; curriculum content system; practice teaching
作為高職院校電子、自動化和通信類等專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程,《模擬電子技術(shù)》具有知識密集、學(xué)科交叉、綜合性強(qiáng)等特點。為了適應(yīng)高等職業(yè)技術(shù)教育的目標(biāo)定位和職業(yè)崗位群的需求,《模擬電子技術(shù)》課程的教學(xué)應(yīng)具有先進(jìn)性、職業(yè)性和適用性,幫助學(xué)生形成該職業(yè)領(lǐng)域的素養(yǎng)與能力,并奠定個人的職業(yè)生涯基礎(chǔ)。
1 課程現(xiàn)狀和特點
《模擬電子技術(shù)》課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生獲得從事電子技術(shù)工作必須具備的基本理論、基本知識和基本技能。通過本課程的學(xué)習(xí),讓學(xué)生掌握基本單元電路的原理和應(yīng)用,具備設(shè)計簡單電路、測試和調(diào)試電路、排除電路故障的能力,為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和從事本專業(yè)工程技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)。
通過對近幾年就業(yè)的電子類學(xué)生調(diào)研發(fā)現(xiàn),普遍存在綜合職業(yè)素質(zhì)較低,獨立工作能力不強(qiáng)的現(xiàn)象。具體體現(xiàn)在:典型電路故障排除能力欠缺,電路分析和工作過程不明確,電子產(chǎn)品開發(fā)潛力不足。造成這種狀況的原因是:電子技術(shù)的實際應(yīng)用涉及電路、元器件、工藝、應(yīng)用環(huán)境等多方面因素,學(xué)生不能靈活地將所學(xué)的理論知識應(yīng)用到工程實際中,理論教學(xué)體系與實踐教學(xué)、工程應(yīng)用脫節(jié),缺乏系統(tǒng)性和完整性。
《模擬電子技術(shù)》課程有以下特點:基本概念多、元器件種類多、電路形式多、分析方法多?;谶@些特點,課程內(nèi)容不能面面俱到、主次不清,應(yīng)立足服務(wù)生產(chǎn),培養(yǎng)應(yīng)用型、技能型人才的目標(biāo),改變傳統(tǒng)的以傳授理論知識為本位的教學(xué)思想,打破學(xué)科體系,進(jìn)行教學(xué)改革,突出以能力本位的高職教育特色。
2 課程內(nèi)容體系的重構(gòu)
課程內(nèi)容體系的構(gòu)建,應(yīng)遵循行業(yè)內(nèi)技術(shù)通用、與新技術(shù)新工藝同步的原則,既要有系統(tǒng)的理論指導(dǎo),又可以使學(xué)生在實踐中不斷積累工程經(jīng)驗和培養(yǎng)職業(yè)技能,通過本課程的學(xué)習(xí)達(dá)到本職業(yè)崗位群的相關(guān)要求。
2.1 以項目教學(xué)為主的課堂教學(xué)體系設(shè)計
以項目教學(xué)為主的教學(xué)模式,強(qiáng)調(diào)以典型工程項目為教學(xué)內(nèi)容的切入點,創(chuàng)建工業(yè)現(xiàn)場情境,通過任務(wù)驅(qū)動,在探究完成任務(wù)的方法或解決問題的過程中進(jìn)行教學(xué)活動。這種教學(xué)模式使學(xué)生成為教學(xué)的主體,大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)興趣。
《模擬電子技術(shù)》課程主要由常用電子元器件,常用電子儀器儀表,基本單元電路,電子測量技術(shù),電子產(chǎn)品裝配工藝,電子產(chǎn)品裝配、調(diào)式與維修等內(nèi)容組成。在構(gòu)建項目教學(xué)體系時,應(yīng)針對各專業(yè)的特點,強(qiáng)調(diào)職業(yè)導(dǎo)向、能力本位,精心組織每一項目的內(nèi)容,使每一項目整合電子儀器儀表、電子工藝、電子測量、電路等相關(guān)課程的內(nèi)容;項目載體要具有典型性、實用性、綜合性和先進(jìn)性,既能客觀反映工程實際,又能涵蓋《模擬電子技術(shù)》課程的主要教學(xué)內(nèi)容。使學(xué)生通過各項目的學(xué)習(xí),能自己動手、動腦去解決實際問題,具有某一領(lǐng)域的職業(yè)技能。
我們從工程實際中精選了七個典型項目:光控電子開關(guān)、音頻放大器、信號發(fā)生器、時針控制器、可調(diào)穩(wěn)壓電源、擴(kuò)音機(jī)、溫度控制器,以七個項目為主線,再以任務(wù)驅(qū)動的形式引入相關(guān)知識點,基本上涵蓋了《模擬電子技術(shù)》課程的全部教學(xué)內(nèi)容。通過這七個項目的設(shè)計與制作,學(xué)生的綜合職業(yè)能力和創(chuàng)新能力得到了顯著的提高。
2.2 與EDA技術(shù)相結(jié)合的實驗教學(xué)
EDA(Electronic Design Automation)技術(shù)是指利用計算機(jī)為平臺,對電子電路、系統(tǒng)或芯片進(jìn)行設(shè)計和仿真開發(fā)的計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)。它融合了計算機(jī)信息技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)圖形學(xué)、信息分析與信號處理等理論與技術(shù)的最新成果。通過EDA技術(shù),設(shè)計人員可以在計算機(jī)上完成電路的布局布線、綜合優(yōu)化、邏輯編譯、性能分析、動態(tài)仿真等工作[1]。
EDA技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,使實驗室進(jìn)入課堂成為可能。教師可以通過EDA軟件,進(jìn)行模擬和驗證性實驗,將一些抽象的概念和理論以圖形或曲線的形式表達(dá)出來,使之形象化、具體化。學(xué)生也可以自己動手,進(jìn)行仿真實驗。這對于培養(yǎng)學(xué)生的電路分析能力、電路設(shè)計能力和應(yīng)用開發(fā)能力起著至關(guān)重要的作用。在眾多的EDA工具軟件中,常用的有EWB、Multisim、Proteus等,可以根據(jù)實際教學(xué)需要選擇合適的工具軟件。
EWB(Electronics Workbench)是用于電路設(shè)計和仿真的軟件,它以SPICE仿真模型為基礎(chǔ),提供了一個集成化的模擬和數(shù)字電路的虛擬實驗環(huán)境,具有界面直觀、操作方便、元器件豐富等特點[2],可進(jìn)行電路板設(shè)計、交互式仿真、集成測試等,實驗結(jié)果與實際調(diào)試結(jié)果相似,可滿足實驗教學(xué)的需求。
關(guān)鍵詞: 電子技術(shù)課程設(shè)計 EWB 綜合性設(shè)計課題
1.引言
電子技術(shù)課程是電氣自動化專業(yè)十分重要的基礎(chǔ)課程,目前我校電氣、自動化專業(yè)均采用了高等教育出版社出版康華光主編的教材《模擬電子技術(shù)》(第五版)和閆石主編的教材《數(shù)字電子技術(shù)》(第五版)。這些教材作為電子技術(shù)的經(jīng)典教材,帶給學(xué)生很豐富的基礎(chǔ)理論知識。但是社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不僅需要大學(xué)生掌握電子技術(shù)的基本原理,更要求他們結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的趨勢和需求,掌握電子技術(shù)方面課題的設(shè)計和應(yīng)用,尤其是要結(jié)合計算機(jī)完成方案選擇、方案實現(xiàn)及分析論證的過程。因此利用現(xiàn)有資源加深學(xué)生對電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識的理解,正是電子技術(shù)課程設(shè)計的主要目的。
2.EWB概述
Electronics Workbench(簡稱EWB)以SPICE3F5為模擬軟件的核心,增強(qiáng)了數(shù)字及混合信號模擬方面的功能,是一個用于電子電路仿真的“虛擬電子工作臺”。
EWB軟件提供電路設(shè)計和性能仿真所需的數(shù)千種元器件和各種元器件的理想?yún)?shù),同時用戶還可以根據(jù)需要新建或擴(kuò)充元器件庫。它提供直流、交流、暫態(tài)的13種分析功能。另外,它可以對被仿真電路中的元器件設(shè)置各種故障,如開路、短路和不同程度的漏電,以觀察不同故障情況下電路的狀態(tài)。EWB軟件輸出方式靈活,在仿真的同時它可以儲存測試點的所有數(shù)據(jù),列出被仿真電路的所有元器件清單,顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。由于它具有磁盤占用空間小、對計算機(jī)要求低和運行速度快等特點,有助于對所學(xué)電子技術(shù)知識的掌握,提高對電路的分析能力和學(xué)生的創(chuàng)新能力,因此EWB是目前高校在電子技術(shù)教學(xué)中應(yīng)用最廣泛的一種電路仿真軟件。
此外,EWB軟件界面形象直觀,操作方便,采用圖形方式創(chuàng)建電路和提供交互式仿真過程。創(chuàng)建電路需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕中選取,且元器件和儀器的圖形與實物外形非常相似,因此極易學(xué)習(xí)和操作。由于它所具有的這些特點,我們選擇將它作為電子技術(shù)仿真設(shè)計的操作軟件。
3.基于EWB的電子技術(shù)課程設(shè)計
基于EWB的電子技術(shù)課程設(shè)計主要涉及基礎(chǔ)仿真實驗,針對該門課程的教學(xué)要求及大綱的設(shè)定實驗內(nèi)容,我們有針對性地提取出電子技術(shù)中的重點和難點,給出了一些練習(xí)習(xí)題,希望學(xué)生首先能讀懂電路,其次能在EWB軟件環(huán)境下仿真運行電子電路,觀察運行過程和結(jié)果,找出并排除故障。在習(xí)題練習(xí)的基礎(chǔ)上,學(xué)生既熟悉了EWB軟件,又加深了基礎(chǔ)點知識的掌握,因此筆者最后給出了總的設(shè)計方案,讓學(xué)生運用前述經(jīng)驗進(jìn)行自行設(shè)計、仿真運行、調(diào)試改善,完成一次完整的電子技術(shù)仿真實驗,同時也為下一步設(shè)計方案的硬件實現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ)。
根據(jù)我校電氣自動化專業(yè)的課程大綱要求,電子技術(shù)的學(xué)習(xí)重點包括單級及多級放大電路、直流電源電路、功率放大電路、運送放大器及其應(yīng)用、基本邏輯關(guān)系、組合邏輯電路及應(yīng)用、時序邏輯電路及應(yīng)用等。這里給出兩個習(xí)題。
(1)電源、整流和穩(wěn)壓電路
穩(wěn)壓電源電路如圖1所示。220V、50Hz的電源經(jīng)變壓器降壓、全波整流和穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓,在輸出端得到一個12V的穩(wěn)定的直流電壓,運行該電路,如有故障則需分析原因并排除。該習(xí)題任務(wù)之一為變壓器參數(shù)設(shè)計,任務(wù)之二為討論濾波電容C的大小與好壞對電路穩(wěn)定效果的影響,任務(wù)之三為討論電位器Rw調(diào)節(jié)的位置對電路輸出電壓的影響。
首先要求學(xué)生在EWB軟件環(huán)境中建立如上圖所示的穩(wěn)壓電源電路,此過程可以幫助學(xué)生逐漸熟悉EWB軟件的基本操作。但其實該電路并不是一個完美的電路,運行過程會出現(xiàn)故障,此時需要學(xué)生通過理論知識的分析,來分析故障產(chǎn)生的原因,并通過調(diào)節(jié)電路中的某些元件參數(shù)加以改正。因此通過該習(xí)題的仿真,學(xué)生不僅初步建立了對EWB仿真軟件的認(rèn)識,掌握了其基本使用方法,而且需要重新溫習(xí)有關(guān)穩(wěn)壓電源電路的理論知識,借此加深了解變壓器設(shè)計時的參數(shù)選擇,加深了對串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的理解,并提高了電路故障的排除技能,掌握了示波器、電壓表、電流表及萬用表的使用方法。
(2)數(shù)字電路邏輯關(guān)系測試
數(shù)字電路如圖2所示,任務(wù)為寫該圖電路的邏輯狀態(tài)表、邏輯函數(shù)表達(dá)式,并進(jìn)行化簡。
在EWB環(huán)境中按圖建立數(shù)字電路圖,運行、記錄輸出與輸入之間的關(guān)系,構(gòu)成真值表,以此測試該數(shù)字電路的邏輯關(guān)系。習(xí)題目的為希望學(xué)生認(rèn)識、了解數(shù)字電路的功能和測試方法,掌握邏輯函數(shù)的不同表示方法,熟悉、掌握電路仿真的操作技術(shù)。
4.綜合性設(shè)計課題
模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)各有側(cè)重點,參加課程設(shè)計的學(xué)生數(shù)目眾多,而文章篇幅有限,因此在這里我們僅給出兩個綜合性的設(shè)計課題為例。
(1)模擬電子技術(shù)部分
設(shè)計任務(wù)為設(shè)計一個用于晶體管收音機(jī)的功放電路,滿足一定的要求,如由220V交流電源供電;有一定的選頻功能,如要求通過信號的頻率范圍為(20Hz~2kHz);有一定的放大倍數(shù),如前級和后級的放大倍數(shù)分別為20和60,在此不一一贅述。
參考步驟為:調(diào)研、查找并收集資料,列出參考資料目錄;繪制電氣原理圖;按所給定的功能要求進(jìn)行參數(shù)計算,列出元器件明細(xì)表;在EWB軟件環(huán)境中創(chuàng)建需要進(jìn)行仿真分析的電路圖;仿真運行,觀察運行過程及結(jié)果,進(jìn)行放大電路的直流工作點分析,進(jìn)行交流頻率分析,并記錄中間數(shù)據(jù);記錄運行過程中的故障,分析原因,調(diào)整方案及參數(shù)直至滿足全部要求。
(2)數(shù)字電子技術(shù)部分
設(shè)計任務(wù)為設(shè)計一個符合實際的交通信號燈。
參考步驟為:分析設(shè)計要求,列出狀態(tài)表,寫表達(dá)式,畫出數(shù)字電路圖,仿真運行,調(diào)試直至符合要求。
5.結(jié)語
對于電氣自動化等專業(yè)的學(xué)生來說,掌握了電子技術(shù)的課堂知識,還需要實踐來加深對該門課程知識的理解,而電子技術(shù)的課程設(shè)計作為從課堂到實驗室的一個橋梁,能很好地發(fā)揮過渡作用,既能使得學(xué)生從課堂下來以后得到一個緩沖,加深對課堂知識的理解,又能培養(yǎng)學(xué)生在進(jìn)入實驗室之前已經(jīng)掌握初步的電子電路的設(shè)計方法和調(diào)試技能,為動手完成自己的實際作品打下較好的基礎(chǔ)。筆者根據(jù)專業(yè)課程大綱要求,給出了若干個課程設(shè)計的習(xí)題及設(shè)計方案,希望學(xué)生通過這些設(shè)計任務(wù)掌握該部分的知識和技能。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:課程改革;課程體系;電類基礎(chǔ)課程
一、課程改革的背景
國內(nèi)理工科類高校普遍開設(shè)有電路原理、電路原理實驗、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗等技術(shù)基礎(chǔ)課程,這些課程的對象和研究的問題都面向電子電氣工程環(huán)境,相關(guān)的后續(xù)課程都需要電路和電子電路等方面的扎實知識。
目前,國內(nèi)電類基礎(chǔ)課程的教學(xué)體系基本上采取“串行”方式,課程的一般路徑是從“電路原理”、“模擬電路”、“數(shù)字電路”、“信號與系統(tǒng)”、“電磁場”順序進(jìn)行的,甚至有嚴(yán)格的預(yù)修要求。各門課程有規(guī)范的內(nèi)容體系,有標(biāo)準(zhǔn)的課時安排,且由各自的課程和教材建設(shè)組織(研究會)來統(tǒng)一研討安排。因此,課程各自形成比較完整但相對封閉的知識體系,相互之間的銜接和聯(lián)系并不緊密,采用的理論體系和分析設(shè)計方法在風(fēng)格上各不相同。電路模型與實際器件等研究對象常常被分置于多門課程來組課,按照傳統(tǒng)方式把這些基本概念分散在電路和模擬電子技術(shù)兩門課程的教學(xué)體系中有可能把學(xué)生引入誤區(qū)。
各門課程相互獨立地建設(shè)和實施,造成“講授得越來越多,教會得越來越少”,“碎片式的知識越來越多,關(guān)聯(lián)性的思維能力越來越弱”。自成體系的課程越多,學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格越容易被牽引到以收斂型為主的思維。
國外的技術(shù)基礎(chǔ)課程內(nèi)容涉及面基本但很寬泛,常采取分析與設(shè)計并重、理論與實踐結(jié)合的教學(xué)方法,每個知識單元中均有分析和設(shè)計題目,作業(yè)和實驗中也有設(shè)計問題。而在國內(nèi)的課程中,由于內(nèi)容單純且偏理論和理想化,設(shè)計性題目較難安排。因此,構(gòu)建協(xié)調(diào)統(tǒng)一的知識體系,凝練教學(xué)內(nèi)容,以適當(dāng)?shù)姆绞揭龑?dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),積極思考,激發(fā)實踐創(chuàng)新熱情已經(jīng)刻不容緩。
隨著“多形式寬口徑”的人才培養(yǎng)體系和“基礎(chǔ)寬厚、專業(yè)自主、復(fù)合交叉、鼓勵探究”的培養(yǎng)模式的不斷推進(jìn),以及大類培養(yǎng)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求,基礎(chǔ)課程結(jié)構(gòu)體系與內(nèi)容優(yōu)化成為進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院針對電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程體系、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法進(jìn)行了有益的嘗試,通過愛迪生創(chuàng)新實驗班的教學(xué)實踐,取得了一些有益的經(jīng)驗。
二、改革的理念與目標(biāo)
目前,國內(nèi)外高校建設(shè)電類基礎(chǔ)課程的指導(dǎo)思想與課程體系結(jié)構(gòu)的取向有關(guān),大致可分為兩種。一種源于“基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課”的課程體系結(jié)構(gòu),是將其作為專業(yè)基礎(chǔ)課,服務(wù)于專業(yè)的需求。以電路原理課程的改革為例,電子信息為主的學(xué)校,主要照顧到與電子技術(shù)的發(fā)展與后續(xù)知識的銜接,因此電路課程與電子技術(shù)課程的結(jié)合較為緊密。強(qiáng)電類為主的學(xué)校,電路課程則與控制理論、電磁場等課程結(jié)合較多。受原蘇聯(lián)課程體系的影響,我國大多高校屬于這種情況。另一種對應(yīng)于“通識課、核心課”的課程體系,則是將技術(shù)基礎(chǔ)課程的核心知識綜合化、整體化、通識化。美國知名高校均采取這種方式建設(shè)電類基礎(chǔ)課程。以麻省理工學(xué)院電氣工程與計算機(jī)科學(xué)系為例,在其課程中沒有單純以電路理論、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)命名的課程,而是將其交叉融合在相關(guān)課程中。其課程內(nèi)容基本但是很寬泛,覆蓋面廣,交叉性強(qiáng),往往覆蓋了國內(nèi)多門課程。對應(yīng)于我國的電子電氣基礎(chǔ)課程,在MIT分散成三部分:基礎(chǔ)、實驗、高級。其基礎(chǔ)部分是多門課程基礎(chǔ)知識的集成,實驗課綜合了理論分析和實驗,而高層次的課程與專業(yè)課程接軌。
國內(nèi)的一些“985工程”高校正逐漸推進(jìn)大類招生、寬口徑培養(yǎng)以及通識教育。浙江大學(xué)自2002年至今,尤其是近幾年,更是不斷地深化通識教育,并積極推進(jìn)相應(yīng)的課程建設(shè),因此激發(fā)我們不斷深入地思考電類基礎(chǔ)課程的建設(shè),參考國外名校課程改革的經(jīng)驗,并結(jié)合國內(nèi)實情,我們對電類基礎(chǔ)課程的定位和建設(shè)進(jìn)行了認(rèn)真的思考,并確立了課程建設(shè)的指導(dǎo)方針:
(I)保留課程與其他課程的關(guān)聯(lián)性,突破原課程縱向條狀分割,按知識的遞進(jìn)層次進(jìn)行橫向聯(lián)合構(gòu)建。
(2)淡化各門課程各自體系的完整性和獨立性,打破課程類別的間隔,按照工程實踐需求交融構(gòu)建。
(3)減少課程門數(shù),加強(qiáng)課程知識的覆蓋面,交叉性和系統(tǒng)性,理論與實驗相結(jié)合。
(4)將課程按照基礎(chǔ)和高級劃分開,基礎(chǔ)部分要求精煉簡化,通識化。高級部分與專業(yè)基礎(chǔ)知識接軌體現(xiàn)科技發(fā)展。課程內(nèi)容在不同的新課程中重復(fù)出現(xiàn),有利于知識的牢固掌握。且每次出現(xiàn)并不是簡單地重復(fù),而是有層次的遞進(jìn)。
(5)一些實踐性強(qiáng)的課程以實驗課或設(shè)計課的形式開設(shè),以實驗為主,理論講述為輔;加強(qiáng)綜合性實驗環(huán)節(jié)。
(6)在理論課中增加綜合練習(xí)或課程設(shè)計,強(qiáng)化對知識體系的理解、綜合和應(yīng)用。
(7)電路原理與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗打通,以基本實驗和單元電路實驗的形式重新構(gòu)造。
(8)采用各種手段提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,啟發(fā)和調(diào)動學(xué)生拓展思維、積極探索。
三、課程體系、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法調(diào)整
對應(yīng)于工程教育和國際化,以及對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求,電氣工程學(xué)院于2006年創(chuàng)建了電氣工程拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式試驗班――愛迪生班。其核心就是電類基礎(chǔ)課程的改革,一方面探索科學(xué)的課程體系結(jié)構(gòu),融合與精煉關(guān)聯(lián)課程以形成完整的知識體系;另一方面合理取舍經(jīng)典理論與現(xiàn)代知識,并及時反映科技發(fā)展而形成的課程知識體系的更新?lián)Q代。
縱觀愛迪生班建設(shè)歷程,大致可分為三個階段。
第一階段,培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力,提升動手能力和創(chuàng)新實踐能力。這一階段的課程體系結(jié)構(gòu)基本維持原樣,以加強(qiáng)實驗課程(電路原理技術(shù)實驗、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗、數(shù)字電子技術(shù)實驗)的內(nèi)涵建設(shè)為主,全方位改進(jìn)實驗內(nèi)容以及實驗教學(xué)方法。涌現(xiàn)出一批精心設(shè)置的實驗項目,配套的實驗器材以及教學(xué)方法與考核方法。體現(xiàn)出愛迪生班學(xué)生在各類創(chuàng)新實踐活動中表現(xiàn)活躍、成績良好的效果。
第二階段,將上述實驗課程的建設(shè)經(jīng)驗推廣到其他課程,并進(jìn)行局部課程的整合與優(yōu)化。率先嘗試的是電路原理與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)以及相關(guān)實驗課程的整合。
電路與電子技術(shù)關(guān)聯(lián)化建設(shè)的理念是:將電路和電子學(xué)以統(tǒng)一的、完整的方式來處理,并建立起電路與當(dāng)今數(shù)字和模擬世界電子電路的緊密聯(lián)系。以應(yīng)用實例的形式引出電子技術(shù)的內(nèi)容,并用抽象、模型化、原理分析以及實驗?zāi)M的方式解讀其中蘊含的電路基本理論。用電路原理中的分析方法剖析電子電路中的典型應(yīng)用電路和功能電路。
實驗課程分成基礎(chǔ)、提高和綜合三個層面。在基礎(chǔ)層面強(qiáng)調(diào)基本技能訓(xùn)練和研究拓展性學(xué)習(xí);在第二層面強(qiáng)調(diào)功能電路的實現(xiàn)、測試與調(diào)整;最后在電氣電子電路綜合實驗課程中進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計和整機(jī)功能的實現(xiàn)。
第三階段,大范圍地整合電類基礎(chǔ)課程。逐步形成“電路分析基礎(chǔ)”(集成電路原理、模電、數(shù)電以及信號
與系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識和方法)、“模擬電子與實踐”(理論教學(xué)和實踐相結(jié)合,講典型電路,做該功能電路實驗,如放大、振蕩、運算、反饋、電源、功放等功能電路)、“數(shù)字邏輯與微機(jī)原理”、“信號系統(tǒng)與數(shù)字仿真技術(shù)”等新的課程,取代以往的課程體系。
課程體系與教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整主要集中在下面幾點:
(1)課程體系調(diào)整。將原來的電路原理甲I、電路原理甲Ⅱ、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、電路原理實驗甲I、電路原理實驗甲Ⅱ、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗六門課程整合,形成電路與電子技術(shù)、電路與電子實驗、電氣電子綜合實驗三門課程。
①將原來的電路原理甲I、甲II和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程以及數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)中的部分內(nèi)容重新組織,形成相互交叉、融合的三段式“電路電子技術(shù)”。
②將原來的電路原理實驗甲I、實驗甲II和模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗課程內(nèi)容重新組織,形成相互交叉、融合的兩段式“電路與電子技術(shù)實驗”,并增添了“電氣電子電路綜合實驗”。“電氣電子電路綜合實驗”被安排在電類系列基礎(chǔ)課程的末端授課,便于開展較為復(fù)雜的綜合性實驗。
③加強(qiáng)動手能力,將原來附屬于信號分析與處理以及微機(jī)原理與接口的實驗分別獨立設(shè)課。
(2)教學(xué)內(nèi)容。電路與電子技術(shù)綜合課程的教學(xué)內(nèi)容以理論基礎(chǔ)扎實,工程背景強(qiáng),培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力為目標(biāo)進(jìn)行安排。
課程第一部分介紹實際電路與實際元器件的特性,提出電子電路需解決的目標(biāo),引導(dǎo)學(xué)生思考問題,使學(xué)生了解抽象的電路與實際的電路之間的聯(lián)系。課程第二部分主要分析研究實際電子電路的具體特性,培養(yǎng)分析電子電路的能力,對信號放大電路,反饋電路的功能與特點,放大器的頻率特性,信號發(fā)生單元等進(jìn)行分析研究,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識分析實際電子電路的能力。課程第三部分的教學(xué)內(nèi)容主要包含復(fù)雜電子電路的計算(包括利用電子線路分析軟件的仿真計算),電子技術(shù)的綜合分析(包括電子線路等),電子電路的傳遞函數(shù)與系統(tǒng)建模等,這一階段主要培養(yǎng)學(xué)生以更高的層次來分析研究電氣系統(tǒng)的變化規(guī)律,為后續(xù)的進(jìn)一步深造打下扎實的基礎(chǔ)。
(3)教學(xué)方法。課程教學(xué)把理論與實際工程聯(lián)系,培養(yǎng)學(xué)生以工程問題為背景來考慮電子電路的計算分析,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與分析解決問題的主觀能動性。通過優(yōu)化各課程的重點和知識點的連續(xù)性,使教學(xué)內(nèi)容層次化、系統(tǒng)關(guān)聯(lián)化,密切結(jié)合工程。在保證教學(xué)效果前提下,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)學(xué)時,既實現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的少精寬新,又增加了綜合實踐環(huán)節(jié),為學(xué)生提前進(jìn)入創(chuàng)新實踐提供保障。
通過課程體系以及教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整,將電類基礎(chǔ)課程以及實驗糅合在一起,重新組合,統(tǒng)一安排,可以有效解決目前電氣信息類基礎(chǔ)課程存在的主要問題:
(1)便于形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的知識體系,提升課程層次??偟膶W(xué)分并沒有變,但是提高了原有核心課程的層次,同時增加的課程為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程打下堅實的基礎(chǔ)。
(2)改革課程教學(xué)內(nèi)容和體系,把它們相互融合,從對比中認(rèn)識事物規(guī)律,以統(tǒng)一的觀點使學(xué)生建立完整的概念。這一改革不僅為電路課程增添了活力,讓學(xué)生盡早接觸電子線路方面的實際概念,而且大大節(jié)省了后續(xù)課程的講授學(xué)時。
(3)以具體的復(fù)雜應(yīng)用對象進(jìn)行基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和實踐,做中學(xué),以實踐需求帶動理論學(xué)習(xí)。對于寬口徑人才培養(yǎng)是一種值得考慮的方式。
(4)基于對象、基于實踐學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識,是按照知識的本來面目去學(xué)習(xí),易于理解,能很好反映課程之間的交叉和滲透,對于培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才是十分必要的。
關(guān)鍵詞:電路與模擬電子技術(shù);教學(xué)實踐;心得體會
作者簡介:王玉菡(1981-),女,河北衡水人,重慶理工大學(xué)電子信息與自動化學(xué)院,講師;楊奕(1970-),男,重慶人,重慶理工大學(xué)電子信息與自動化學(xué)院,副教授。(重慶400050)
基金項目:本文系重慶市教委高等教育改革重點項目(項目編號:112003)的研究成果。
中國分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)12-0091-02
“電路與模擬電子技術(shù)”是高等工業(yè)學(xué)校本科計算機(jī)及其應(yīng)用專業(yè)和電子類相關(guān)專業(yè)必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課,是把“電路”和“模擬電路”兩門課程合成一門的課程,同時調(diào)整了教學(xué)要求,教學(xué)學(xué)時也相應(yīng)進(jìn)行了壓縮。課程的主要任務(wù)是通過講授電路理論和電路分析方法、電子電路的分析和初步設(shè)計方法,使學(xué)生獲得必要的電路分析和模擬電子技術(shù)的基本理論、基本方法和基本技能,了解電子技術(shù)發(fā)展的概況,初步掌握電子電路的分析、設(shè)計方法,為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。為提高教學(xué)質(zhì)量,本文主要結(jié)合課堂教學(xué)實踐,闡述了筆者對教學(xué)方法改革的認(rèn)識和一些具體做法。
一、“電路與模擬電子技術(shù)”教學(xué)中存在的難點分析
1.如何合理分配學(xué)時
“電路與模擬電子技術(shù)”課程分電路基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)兩部分,教材編寫通常是按80學(xué)時左右編寫,重慶理工大學(xué)選定的教材是由西安電子科技大學(xué)出版社出版,江曉安老師編寫的,本科教學(xué)理論學(xué)時數(shù)為64學(xué)時。如何針對僅有的學(xué)時,合理分配教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)生準(zhǔn)確理解并掌握課程的內(nèi)容,是本課程教學(xué)需解決的一大問題。
2.如何突出把握重點
“電路與模擬電子技術(shù)”課程內(nèi)容多,要讓學(xué)生在短時間內(nèi)掌握知識,就要求教師在講授課程過程中,突出重點內(nèi)容,便于學(xué)生課下自學(xué)和復(fù)習(xí)。
3.如何緊跟時代步伐
“電路與模擬電子技術(shù)”課程教材體系滯后,不能夠與時俱進(jìn)。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)今,現(xiàn)有教材沒有任何關(guān)于EWB仿真的內(nèi)容,沒有把計算機(jī)輔助分析融合到教學(xué)中。
4.如何提高學(xué)生興趣
俗話說:興趣是最好的老師。就算是再難的課程,只要有興趣,肯堅持學(xué)習(xí),就一定能學(xué)好。關(guān)鍵是如何調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?這就要求教師上課要靈活,不能上死課,要多聯(lián)系實際,把抽象問題具體化,把復(fù)雜問題簡單化,把理論問題生活化,給學(xué)生體會知識的機(jī)會,只有感同身受,才能印象深刻。
二、改進(jìn)教學(xué)方法
1.綜合教學(xué),化難為易,合理分配學(xué)時
課堂時間是短暫的,要在短時間內(nèi)讓學(xué)生明白一些概念和問題就需要教師抓住所講內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系,以點帶面,舉一反三,綜合運用相關(guān)的知識進(jìn)行講解。因為這些知識點之間是有聯(lián)系的,通過多角度、多視角聯(lián)系和講授知識,可以使學(xué)生印象深刻,進(jìn)而掌握知識點。經(jīng)過筆者多次課程實踐教學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)時數(shù)最好的分配是:電路部分24學(xué)時,模擬部分40學(xué)時。因為電路部分的內(nèi)容,包括電路基本概念和定律以及電路的分析方法、電路的暫態(tài)分析以及正弦穩(wěn)態(tài)電路分析,學(xué)習(xí)起來并不費力,很多內(nèi)容學(xué)生在“大學(xué)物理”、“高等數(shù)學(xué)”、“復(fù)變函數(shù)”等課程中都有所接觸,是有基礎(chǔ)的,即使自學(xué)也可以很好的掌握。而模擬電路部分內(nèi)容,由于涉及到微觀粒子的運動、特性曲線以及工程中的近似等效等內(nèi)容,對學(xué)生來說比較生疏,需要多花時間慢慢講解,很多學(xué)生自學(xué)也是完全不懂得。因此實踐證明講授這門課程,采用“前緊后松”的教學(xué)節(jié)奏,要把前面的進(jìn)度稍稍加快,進(jìn)入模擬電路部分后,就要慢慢講授。
2.善于引導(dǎo),因材施教,突出把握重點
教師在臺上固然是授課者,但是學(xué)生也不應(yīng)只是被動接受者。授課是個交流的過程,教師要會講,善于講,善于觀察學(xué)生的反映,適時調(diào)動起學(xué)生的積極性。筆者在教學(xué)實踐過程中,講每一章內(nèi)容時,都會先告訴學(xué)生本章的重點。并以“了解”、“理解”和“掌握”三個詞來區(qū)分一章內(nèi)容的輕重。在講課的時候,只需了解的內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)即可,重點講授需要理解和掌握的,突出重點,這樣學(xué)生學(xué)習(xí)起來就有了層次感。例如講授第六章放大電路分析基礎(chǔ)時,因為時間有限,通常只著重介紹三極管放大電路及其分析,場效應(yīng)管放大電路的分析作為了解和自學(xué)的內(nèi)容,這樣學(xué)生學(xué)習(xí)起來就會把主要精力放在三極管及其放大電路的學(xué)習(xí)上了。只要把三極管及其放大電路學(xué)習(xí)好了,就會運用同樣的分析方法去分析場效應(yīng)管及其放大電路。
3.鼓勵學(xué)生,自己學(xué)習(xí),建立良好課堂氣氛
由于課時有限,教師在教授過程中不可能面面俱到,所以適時安排一些內(nèi)容自學(xué),一方面可以更大限度地完成多一點的教學(xué)任務(wù),另一方面也可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí),提高教學(xué)質(zhì)量,是絕對的雙贏。例如在講第3章動態(tài)電路分析時,就只需要介紹電容元件的一階零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)以及全響應(yīng)的求解過程,對于電感元件的類似電路就交由學(xué)生課下自學(xué),讓學(xué)生上課講給大家聽,一個學(xué)生講完了,其余的學(xué)生還可以補(bǔ)充,大家一起學(xué)習(xí),使得印象深刻,學(xué)習(xí)氣氛濃厚了,教學(xué)質(zhì)量也就跟著提高了。
4.每章小結(jié),重視作業(yè),不斷深化知識
每章節(jié)的小結(jié)是為了回顧、總結(jié)這一章節(jié)的主要內(nèi)容和知識重點,這樣做可以幫助學(xué)生掌握其內(nèi)在聯(lián)系,理清所學(xué)知識的層次結(jié)構(gòu),形成知識框架;能夠促進(jìn)學(xué)生掌握知識,總結(jié)規(guī)律,從總體上把握知識;能夠為學(xué)生下一步的學(xué)習(xí)架設(shè)橋梁,為下一節(jié)課做好鋪墊。所以說章節(jié)回顧在教學(xué)中有著舉足輕重的作用。對于教師,為了檢驗教學(xué)效果是否達(dá)到預(yù)期目的,為了強(qiáng)化和檢查學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解、掌握程度,每當(dāng)講解完一個新的知識點都應(yīng)布置相應(yīng)的習(xí)題,這也是對學(xué)生的一個督促。作為教師,也應(yīng)該認(rèn)真批閱學(xué)生的作業(yè),分析作業(yè)的完成質(zhì)量,進(jìn)而了解學(xué)生理解的弱點,進(jìn)行有針對性地備課準(zhǔn)備,進(jìn)一步改進(jìn)自己的教學(xué)方法。
5.結(jié)合多媒體增加教學(xué)的直觀性和趣味性
多媒體課件在現(xiàn)在的教學(xué)中已經(jīng)是不可缺少的了?!半娐放c模擬電子技術(shù)”作為一門重要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課,其特點是:理論性強(qiáng),原理抽象,定理、定律、公式和概念多。如果只用傳統(tǒng)教學(xué)方法和手段,很難解決該課程中的“圖形、電路、圖表、原理圖、結(jié)構(gòu)”等問題,必然導(dǎo)致知識傳授的枯燥無味,會使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感覺困難,使學(xué)生積極性受挫,久而久之會使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣,產(chǎn)生厭學(xué)情緒,不能按時完成教學(xué)任務(wù),也難有好的教學(xué)效果。為此,除采用演示、實驗手段和語言鼓勵之外,還采用多媒體技術(shù)手段,通過新穎的、多樣的、生動有趣的畫面、圖像、聲音來展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容,可增強(qiáng)課堂教學(xué)的形象性、生動性和趣味性,使學(xué)生激發(fā)起濃厚的學(xué)習(xí)興趣和積極性,產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望,加強(qiáng)教學(xué)效果。
6.增加EDA教學(xué)內(nèi)容,與時俱進(jìn)
EDA技術(shù)是指以計算機(jī)為工作平臺,融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果,進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動設(shè)計?,F(xiàn)今,EDA技術(shù)日益成熟,已滲透到電子系統(tǒng)和集成電路設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。為了讓學(xué)生了解電子技術(shù)的新發(fā)展,了解現(xiàn)代電路設(shè)計方法,了解日益發(fā)展的電路設(shè)計技術(shù),跟上時代的步伐,掌握最基本的EDA技術(shù),特增加這一部分的內(nèi)容,拿出一個課時專門介紹EDA技術(shù)基礎(chǔ)、EWB軟件、可編程模擬器件及應(yīng)用,將計算機(jī)輔助分析融合到具體的教學(xué)內(nèi)容中。
7.加強(qiáng)實踐教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的動手能力
理論需聯(lián)系實際才會有意義,學(xué)生學(xué)習(xí)的最終目的也是學(xué)以致用。所以需要加強(qiáng)實踐教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的動手能力,增加綜合實驗內(nèi)容,將有內(nèi)在聯(lián)系的實驗內(nèi)容組合到一起,以加強(qiáng)綜合能力的培養(yǎng);同時注意在訓(xùn)練的過程上增加梯度,由淺入深,增加中大規(guī)模集成電路的實驗內(nèi)容。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,中大規(guī)模集成電路的應(yīng)用越來越廣泛,如課堂上只講授器件基本原理,難以解決實際器件的使用問題。因此,在實驗中加強(qiáng)了這方面的訓(xùn)練,其目的是使學(xué)生從看懂芯片管腳圖功能表,理解電路原理圖,一直到電路的實現(xiàn),以培養(yǎng)解決實際問題的能力。
三、教學(xué)成效
在教學(xué)過程中,結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方法,適當(dāng)?shù)囊攵嗝襟w教學(xué),極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,避免了學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的枯燥感,加深了學(xué)生對知識的理解和掌握程度。教師的教學(xué)過程也改變了以前的只教不學(xué)的模式,以學(xué)生為主體,充分地發(fā)揮了他們的主觀能動性,從被教授到主動學(xué)習(xí),同時也增進(jìn)了師生之間的交流。各種綜合性的實驗項目,很好地將理論和實踐結(jié)合起來,加強(qiáng)了學(xué)生的動手能力。實踐證明,在學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)中,學(xué)生的積極性和主動性都有所增強(qiáng),學(xué)習(xí)成績也得到明顯的提升。良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和扎實的基礎(chǔ)使他們有足夠的能力去主動學(xué)習(xí)他們感興趣的知識,參加各種電子設(shè)計大賽。這既培養(yǎng)了他們的綜合能力,也為以后的工作積累了一定的經(jīng)驗。
四、總結(jié)
總的來說,教學(xué)中存在的問題,主要還是教師這個Leader,要帶領(lǐng)好學(xué)生,掌控好教學(xué)的節(jié)奏,做到張弛有度,讓學(xué)生感受到知識的重要性,自發(fā)的學(xué)習(xí),而不是為了考試而學(xué)習(xí)。筆者在“電路與模擬電子技術(shù)”課程的教學(xué)中不斷總結(jié)和探索,實踐證明了通過以上改革可有效提高教學(xué)效果,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
參考文獻(xiàn):
[1]高玉良.電路與模擬電子技術(shù)課程教學(xué)改革的實踐[J].長江大學(xué)學(xué)報,2008,(3).
[2]李心廣,王金礦,馬文華,等.計算機(jī)專業(yè)《電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革研究與實踐[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報,2008,(2).
電工儀表是用于測量電路中的各種電參量(如電壓、電流、功率等)和元件參數(shù)(如電阻、電容等)的儀表,分為指針式儀表和數(shù)字式儀表2大類。其中,指針式儀表是利用指針在表盤上的偏轉(zhuǎn)程度來對被測量的大小進(jìn)行指示,具有簡單直觀的優(yōu)點。實驗要求:設(shè)計一個指針式直流電壓表,量程分為100mV、1V、10V、100V4檔。
2動態(tài)元件參數(shù)的測量
作為電路中的動態(tài)元件,電容和電感參數(shù)的測量方法有多種:交流電橋法、RLC串聯(lián)諧振法、電壓法、時間常數(shù)法等。實驗要求:用3種以上的方法測量電容和電感的參數(shù)。實驗方案舉例:用時間常數(shù)法測量電容的參數(shù)。將電阻R和被測電容C串聯(lián),構(gòu)成一階RC動態(tài)電路,以幅度為US的脈沖信號作為輸入信號ui,合理地選擇電阻R的值,用示波器觀察uC的波形,使電容C兩端的電壓uC。
3數(shù)模轉(zhuǎn)換器的設(shè)計
由于數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展,尤其是計算機(jī)在自動控制、自動檢測以及其他許多領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用,用數(shù)字電路處理模擬信號的情況也更加普遍了。為了能夠使用數(shù)字電路處理模擬信號,必須把模擬信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號,方能送入數(shù)字系統(tǒng)(例如計算機(jī))進(jìn)行處理。同時,往往還要求把處理后得到的數(shù)字信號再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號,作為最后的輸出??梢姡瑪?shù)模轉(zhuǎn)換器是一種非常實用的電路。同時,在很多情況下,它還是構(gòu)成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基本單元。常用的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(D/A轉(zhuǎn)換器)包括T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器、開關(guān)樹型D/A轉(zhuǎn)換器等,它們都可以用電阻、電容、開關(guān)等常用的電工元件來進(jìn)行設(shè)計。實驗要求:設(shè)計兩種不同的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路,以4位二進(jìn)制數(shù)字信號作為輸入,通過電路將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬電壓。
4放大電路的設(shè)計
放大電路是一種應(yīng)用廣泛的電子電路,在電子技術(shù)中具有非常重要的地位。在分立元件構(gòu)成的放大電路中,起核心作用的是三極管或場效應(yīng)管;在電子技術(shù)中得到普遍應(yīng)用的集成運算放大器,也是以三極管或場效應(yīng)管為基本單元構(gòu)成的。三極管和場效應(yīng)管的交流小信號模型可分別用電流控制的電流源(CCCS)和電壓控制的電流源(VCCS)來表示,因此,在沒有實際三極管和場效應(yīng)管的情況下,利用受控源這一基本的電工元件,同樣可以設(shè)計出各種放大電路。實驗要求:利用受控源設(shè)計一個2級放大電路,要求電路輸入電阻大,第1級電壓放大倍數(shù)為-30,總的電壓放大倍數(shù)為600。
模擬電子技術(shù)是電子信息類專業(yè)的必修課,具有知識點多,涉及面廣的特點。為了更好的理論與實際相結(jié)合,通過實驗?砑由疃岳礪鄣睦斫狻H歡?目前模擬電子技術(shù)實驗仍然存在許多問題。學(xué)生通過做驗證性實驗來驗證理論,學(xué)習(xí)過程比較單一,思維得不到有效鍛煉;實驗內(nèi)容沒能有效的進(jìn)行項目拓展,沒有把實驗課與培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力結(jié)合在一起;存在實驗內(nèi)容多而課時短的情況,學(xué)生很難及時完成實驗內(nèi)容;考核制度不夠合理,難以對學(xué)生實驗情況作出有效考核。
1 模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)改革方案
1.1 實驗內(nèi)容
調(diào)節(jié)驗證性實驗、綜合性實驗及設(shè)計性實驗的比例。增大綜合性、設(shè)計性實驗的比例提。驗證性實驗是基礎(chǔ),其目的是為了讓學(xué)生了解實驗設(shè)備使用、實驗方法及簡單的電路排查。其次,綜合性、設(shè)計性實驗是在具有相關(guān)理論知識的基礎(chǔ)上,掌握實驗的設(shè)計流程,強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動學(xué)習(xí),自主設(shè)計。提高學(xué)生獨立動手能力及解決問題的能力。以學(xué)生為主體,通過相關(guān)資料的查閱,制定出一套方案,根據(jù)設(shè)計方案,焊接電路,數(shù)據(jù)測量、故障排查及實驗報告撰寫等。
1.2 教學(xué)方法與手段
1.2.1 以往,學(xué)生主要是按照實驗步驟測試數(shù)據(jù),與理論知識結(jié)合不起來。本次改革強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主設(shè)計,改革實驗方式, 即摒棄傳統(tǒng)的給定課題、給定實現(xiàn)方法的實驗?zāi)J剑?由學(xué)生根據(jù)構(gòu)思設(shè)計, 確定該設(shè)計方案。最后根據(jù)設(shè)計方案實施直至最后調(diào)試運行。
由于整個過程均以學(xué)生為主體,由學(xué)生自己決定設(shè)計方案并最終實施,極大刺激了學(xué)生的探索心理與設(shè)計欲望,顯著提高模擬電子電路實驗的預(yù)期訓(xùn)練效果。
1.2.2 根據(jù)設(shè)計出來的電路,選用Multisim仿真軟件先做仿真分析,利用仿真軟件進(jìn)行輔助教學(xué)可加深學(xué)生對理論課的理解,調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,增強(qiáng)了學(xué)生的動手能力和設(shè)計電路的能力。其次,在萬用板或面包板上進(jìn)行布局、焊接及電路調(diào)試,提高學(xué)生的動手能力及檢查電路能力
1.2.3 針對課時少的問題,要求學(xué)生利用課外時間走進(jìn)實驗室,所以,通過增強(qiáng)開放性實驗室的管理力度,為開放性實驗室提供便利,并將開放實驗作為實驗考核的內(nèi)容。讓學(xué)生利用課外時間完成實驗內(nèi)容。
1.2.4 完善考核制度,考核主要分為平時考核和期末考核,增大平時考核所占比例。
1.2.5 電子電路基礎(chǔ)實驗課程網(wǎng)站建設(shè):通過建設(shè)課程網(wǎng)站,為學(xué)生提供了全部課題的教案、課件、實驗重難點指導(dǎo)、參考文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)實驗視頻等內(nèi)容,為學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課堂實驗、課后總結(jié)以及實驗報告撰寫創(chuàng)造了條件。此外,網(wǎng)站為教學(xué)交流提供了優(yōu)良的環(huán)境,教師可及時教學(xué)信息,學(xué)生可即時反饋意見,拓寬了師生交流的平臺。
(1)學(xué)生對課程學(xué)習(xí)缺乏興趣。主要原因是:①學(xué)生對計算機(jī)專業(yè)的相關(guān)情況了解不全面,通常認(rèn)為該課程不屬于計算機(jī)的課,是否學(xué)好都無關(guān)緊要;②學(xué)生因?qū)I(yè)知識、電學(xué)知識的陌生而產(chǎn)生消極心理,失去課程學(xué)習(xí)的興趣。(2)學(xué)生的基礎(chǔ)參差不齊,而課程概念較多、內(nèi)容較抽象、邏輯性較強(qiáng)。對實際電路環(huán)境有概念的學(xué)生,學(xué)習(xí)興趣可能建立得較快;但對相關(guān)概念空白的學(xué)生就會感到課程難懂、難學(xué),繼而失去學(xué)習(xí)的興趣。(3)先修課程的教學(xué)目的不明確,涉及到的課程相關(guān)知識掌握不到位,如大學(xué)物理中關(guān)于電學(xué)的物理現(xiàn)象及概念、高等數(shù)學(xué)中復(fù)數(shù)的計算方法等等,學(xué)生學(xué)過也不知所以然;(4)課程內(nèi)容不合理且偏多,涵蓋了基本電路分析、模擬電路分析及數(shù)字電路分析三大內(nèi)容板塊,有限的課時需要更合理地統(tǒng)一這三方面知識;(5)教材內(nèi)容都較經(jīng)典,與時俱進(jìn)的實際內(nèi)容較難體現(xiàn),學(xué)習(xí)枯燥感會由此而生。(6)實驗教學(xué)內(nèi)容太過于詳細(xì),實驗的目的無法體現(xiàn),對知識的理解僅限于表面。
2合理分配教學(xué)內(nèi)容,建立正確教學(xué)方法
結(jié)合我校計算機(jī)專業(yè)教學(xué)計劃,課程的教學(xué)課時定為64課時,其中理論課時為48課時,實驗課時16課時。課時有限,教學(xué)內(nèi)容應(yīng)圍繞專業(yè)的培養(yǎng)計劃進(jìn)行優(yōu)化選擇和重新組織,保證知識的系統(tǒng)性和完整性基礎(chǔ)上突出能力培養(yǎng),增加教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性,涉及先修課程的內(nèi)容以定義式形式給出,充實一些與專業(yè)密切相關(guān)的內(nèi)容。
2.1關(guān)于理論教學(xué)
理論知識是課程實踐的基礎(chǔ),成為課程教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié)。電子技術(shù)課程涵蓋了三大板塊知識,理論教學(xué)的內(nèi)容根據(jù)專業(yè)的特點和需要進(jìn)行取舍,依據(jù)職業(yè)崗位對技能和知識的實際需要,重點體現(xiàn)夠用,建立合理的知識結(jié)構(gòu),淡化知識的學(xué)術(shù)性和理論性;教學(xué)思路上遵循電路器件特性、電路處理方法及電路分析方法三條主線,有針對性地選擇教學(xué)例題,提高教學(xué)效果,明確教學(xué)目的。
2.1.1基本電路分析
教學(xué)內(nèi)容應(yīng)強(qiáng)化電路基本概念及電路基本分析方法。電路基本概念主要講解認(rèn)識電源和電路基本元件及電路中參考方向?qū)W習(xí)和識別的意義;電路基本分析方法主要講解電路基本定律的內(nèi)容及應(yīng)用,選擇性地講解基爾霍夫定律、疊加原理及戴維南定理,以例題的方式說明定律的內(nèi)容及應(yīng)用,有針對性地建立正確的電路分析方法,對定律的數(shù)學(xué)證明不作說明。教學(xué)中注意引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建正確的學(xué)習(xí)方法,學(xué)會看圖,分析電路中的元件和電源,區(qū)分電路的類型,確定電路的分析方法,以直流電源作用下的電路作為電路分析方法的學(xué)習(xí),后續(xù)電路的電源可能不同,但電路經(jīng)過處理后的目的就是要采用直流電源作用下的電路分析方法,后續(xù)電路中重點學(xué)習(xí)的就是電路如何進(jìn)行處理;如交流電源作用下的電路首先解決的是如何將電壓、電流相量化及元件特性相量關(guān)系的建立?;倦娐贩治鲋兄饕婕暗氖请娐返挠嬎?,電源以直流、交流為主,教學(xué)例題中可以引入模擬電路需要解決的問題,對模擬電路中出現(xiàn)的元器件可以作為已知條件給出,如二極管、三極管、運算放大器,有機(jī)統(tǒng)一基本電路分析與模擬電路分析二方面內(nèi)容,建立明確的學(xué)習(xí)目的。本篇安排8課時,其中電路基本概念約3.5課時,電路基本分析方法約4.5課時。
2.1.2模擬電路分析
教學(xué)內(nèi)容主要包含三個元件二極管、三極管及運算放大器的特性說明及元件應(yīng)用電路分析。二極管中講解半導(dǎo)體尤其是雜質(zhì)半導(dǎo)體的特點,二極管的截止和導(dǎo)通工作狀態(tài)及對應(yīng)等效方法,以整流電路及數(shù)字電路的基本門電路作為教學(xué)例題,建立含二極管電路的處理方法及基本分析思路。三極管中講解器件的結(jié)構(gòu)特點和工作區(qū)域,放大區(qū)放大的原理及電壓放大電路的組成和性能指標(biāo)的計算,工作在飽和區(qū)和截止區(qū)的器件在數(shù)字電路典型集成器件與非門中的分析;教學(xué)例題主要解決放大狀態(tài)下三極管管腳、管型的判別,小信號作用下含三極管電路的微變等效電路處理方法,以及分壓式偏置下電壓放大電路靜態(tài)、動態(tài)指標(biāo)的計算。運算放大器作為直接耦合多級放大電路講解如何削弱零點漂移現(xiàn)象,淡化其內(nèi)部結(jié)構(gòu),突出器件的外部輸入輸出特性及線性和非線性工作區(qū)域,通過說明擴(kuò)大其線性區(qū)域施加負(fù)反饋條件講解反饋的概念、類型及判別方法;教學(xué)例題主要構(gòu)建含運算放大器的電路處理方法及分析思路,如線性工作區(qū)域的器件使用在模擬信號運算中的功能,非線性工作區(qū)域的器件組成實用的電壓比較器,傳感器輸出電路中運放的放大作用等。本篇安排18課時,其中二極管4課時、三極管8課時、運算放大器6課時。
2.1.3數(shù)字電路分析
教學(xué)內(nèi)容需淡化數(shù)字電路邏輯器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理,重視外部邏輯功能的分析,包括數(shù)字電路分析基礎(chǔ)、組合邏輯電路的分析和時序電路的分析三大部分。數(shù)字電路分析基礎(chǔ)中教學(xué)內(nèi)容涵蓋數(shù)制、碼制的概念及其轉(zhuǎn)換方法,邏輯函數(shù)的概念及化簡方法和意義,基本邏輯門的邏輯功能,數(shù)字電路分析方法;由于數(shù)字電路的信號源與模擬電路的信號源完全不同,尤其強(qiáng)化分析方法的講解。組合邏輯電路的分析重點教學(xué)的內(nèi)容包括常用組合邏輯器件的外特性,組合邏輯電路的分析與設(shè)計方法;以設(shè)計方法設(shè)計實用的組合電路如加法器、編碼器等,建立中規(guī)模數(shù)字器件的概念,認(rèn)識常用中規(guī)模集成器件,再講解中規(guī)模組合器件的應(yīng)用,教學(xué)內(nèi)容因此組成一條清晰的知識連線;教學(xué)例題可以偏向與專業(yè)密切聯(lián)系的內(nèi)容,如計算機(jī)中加法器、計算機(jī)鍵盤編碼電路、存儲器中譯碼器應(yīng)用等。時序電路的分析教學(xué)內(nèi)容首先要充分體現(xiàn)時序電路與組合電路的區(qū)別,包括電路中組成器件的邏輯特性不同、分析方法的特點等,主要講解觸發(fā)器的外部邏輯特性,僅基本RS觸發(fā)器分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以說明觸發(fā)器中復(fù)位與置位功能,其余觸發(fā)器僅說明其外部的邏輯功能,擯棄其內(nèi)部枯燥的結(jié)構(gòu)原理說明;以分析觸發(fā)器組成的計數(shù)器電路講解時序電路的分析方法,同樣可以適用其他電路如寄存器電路的分析,同時也揭示了集成計數(shù)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理和功能,解決任意進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計問題;教學(xué)例題要體現(xiàn)學(xué)習(xí)觸發(fā)器邏輯功能的重要性,時序電路的分析和設(shè)計思路,將555定時器作為綜合例題分析講解,包含三極管、運算放大器及觸發(fā)器。本篇安排22課時,其中數(shù)字電路分析基礎(chǔ)4課時、組合邏輯電路的分析6課時、時序電路的分析12課時。
2.2關(guān)于實驗教學(xué)
課程實驗共8個,安排16課時,包含驗證、儀器使用、綜合分析及設(shè)計項目,基本電路分析實驗主要以驗證性實驗為主,安排4課時;模擬電路分析包含儀器使用、綜合分析等項目,安排6課時;數(shù)字電路包含驗證、綜合分析及設(shè)計等項目,安排6課時。通過課程實驗鞏固和加強(qiáng)對理論知識的理解,增加電子技術(shù)方面的感性認(rèn)識及學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生對工程問題的基本分析能力、電路的調(diào)試技能以及分析和解決工程問題的綜合能力,提高學(xué)生的工程素質(zhì)。(1)對驗證性和分析性實驗給出實驗電路和實驗內(nèi)容,由學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康慕Y(jié)合理論知識自主決定測量量、自擬實驗步驟及實驗表格;對設(shè)計性實驗給出設(shè)計要求,由學(xué)生自行設(shè)計實驗電路并調(diào)試得出結(jié)果;轉(zhuǎn)變學(xué)生被動學(xué)習(xí)的局面,培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、獨立分析及解決問題能力。(2)實驗項目安排上要體現(xiàn)各實驗的相關(guān)性,內(nèi)容安排體現(xiàn)從元器件到單元電路再到系統(tǒng)設(shè)計。如示波器、信號發(fā)生器的使用主要用于電壓放大電路及運算電路的實驗測試;數(shù)字電路器件邏輯功能測試與具體應(yīng)用電路相結(jié)合。以往實驗中出現(xiàn)問題時通常有器件本身存在問題,但學(xué)生實驗前總是忽略器件的好壞,實驗中的問題難以入手解決,強(qiáng)調(diào)實驗的相關(guān)性可以開拓學(xué)生解決問題的思路,進(jìn)一步掌握實驗中的主動性,并且各實驗的目的也更加明確,對課程從理論到實踐的學(xué)習(xí)過程做到循序漸進(jìn)地完成。(3)豐富實驗內(nèi)容,將實用小電路、電子競賽試題等應(yīng)用于實驗中,或分析或設(shè)計,增加實驗的趣味性。課時限制使得實用電路在某個實驗中不可能完整實現(xiàn),但可以將其中的單元電路作為實驗的內(nèi)容,其他部分以模塊代替,實現(xiàn)電路的功能。(4)實驗前預(yù)習(xí)內(nèi)容及實驗后的思考問題與實驗內(nèi)容密切關(guān)聯(lián)。實驗前的預(yù)習(xí)可以保證實驗的有序進(jìn)行,進(jìn)一步理解學(xué)習(xí)的相關(guān)理論知識的應(yīng)用性,從而提高學(xué)習(xí)課程理論知識的興趣;實驗后的思考是對實驗中的總結(jié)、實驗中出現(xiàn)問題的解答、實驗數(shù)據(jù)的分析等,培養(yǎng)學(xué)生建立綜合分析問題的方法及理論聯(lián)系實際的能力。
3結(jié)束語
關(guān)鍵詞:Multisim2001 仿真 戴維南定理 等效
一、前言
高職高專電路基礎(chǔ)注重實踐性、操作性,而由于目前高職院校實驗室設(shè)備及場地的限制,學(xué)生無法隨時隨地進(jìn)入實驗室去預(yù)習(xí)實驗或設(shè)計電路。基于這種現(xiàn)狀,筆者認(rèn)為可以利用電路仿真軟件來彌補(bǔ)實驗環(huán)境的局限。Multisim 2001是一種電子電路計算機(jī)仿真設(shè)計軟件,它被稱為電子設(shè)計工作平臺或虛擬電子實驗室。學(xué)生在Multisim環(huán)境中不僅可以精確地進(jìn)行電路實驗,深入理解電子電路的原理,同時還可以大膽地設(shè)計電路,不必?fù)?dān)心損壞實驗設(shè)備。本文以電路基礎(chǔ)實驗中的戴維南定理的驗證來演示如何利用Multisim 2001仿真軟件來完成該實驗的模擬。
二、戴維南定理驗證
戴維南定理指出:任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò),對于外電路而言,總可以用一個理想電壓源和一個等效電阻串聯(lián)的等效電路模型來代替。其中:理想電壓源的電壓等于原二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC,其等效電阻等于網(wǎng)絡(luò)中所有獨立源為零時的等效電阻Ro。對于開路電壓和等效電阻的測量,學(xué)生不易理解,操作總是錯誤,若在實驗前讓學(xué)生先通過仿真軟件進(jìn)行模擬實驗,直觀地觀察到實驗現(xiàn)象及實驗結(jié)果,然后再進(jìn)行實際電路操作,將起到事半功倍的效果,大大提高實驗效率。
(一)戴維南定理原電路
在仿真界面搭建戴維南實驗原電路如“圖1”所示,虛擬電壓源的輸出電壓分別為12V、6V,利用虛擬萬用表分別測量R3支路的電流和端電壓。打開仿真按鈕開關(guān),可得R3支路的電流為6.429mA,端電壓為5.786V。
■
圖1 戴維南原電路伏安特性仿真測試
為了得到戴維南等效電路,需要分別測試開路電壓及等效內(nèi)阻。
(二)開路電壓UOC的仿真測試
根據(jù)開路電壓UOC的定義,將“圖1”中的R3支路斷開,得到如“圖2”所示電路。打開仿真按鈕開關(guān),萬用表中即可顯示開路電壓UOC=9V。
■
圖2 開路電壓的測試
(三)等效內(nèi)阻Ro的仿真測試
“圖2”中,設(shè)置萬用表測試直流電流,如“圖3”所示電路。打開仿真開關(guān),即可顯示測試的短路電流值ISC,帶入公式Ro=UOC/ ISC,即可得等效內(nèi)阻Ro為5Ω。
■
圖3 等效電阻的測試
(四)等效驗證
由開路電壓UOC=9V和等效內(nèi)阻Ro=5Ω,根據(jù)戴維南定理可得等效電路如“圖4”所示,從圖中可以看出,支路電流及電壓分別為6.429mA、5.786V,與原電路相同,從而驗證了戴維南定理的正確性。
■
圖4 戴維南等效電路伏安特性仿真測試
實踐證明,在電路基礎(chǔ)實驗中引入計算機(jī)仿真軟件進(jìn)行模擬實驗,可以讓學(xué)生在實際電路操作前先進(jìn)行模擬實驗,有一個直觀、形象的認(rèn)識,有助于學(xué)生對實驗的理解,有效提高學(xué)生實驗的正確率,對提高教學(xué)質(zhì)量,激發(fā)學(xué)習(xí)熱情,增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動性和積極性,培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力具有重要作用。
參考文獻(xiàn):
[1]魚群,舒華,陳新兵.Multisim進(jìn)行電子電路設(shè)計的教學(xué)研究[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2007(5).
[2]孫曉艷,黃萍.基于Multisim的電子電路課堂教學(xué)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2006,29(24).
[3]朱采蓮.Multisim電子電路仿真教程[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2007.