时间:2022-04-07 21:59:25
序论:速发表网结合其深厚的文秘经验,特别为您筛选了11篇模拟电子论文范文。如果您需要更多原创资料,欢迎随时与我们的客服老师联系,希望您能从中汲取灵感和知识!
2注重实验教学,提高学生的实践应用能力及创新能力
模拟电路实践教学可分为以下三个部分,基础实验、提高实验与职业技能,电工电子基础试验中心拥有创新实验室,可以让学生综合全面的掌握电工电子的综合技术,提高学生的实践操作能力。具体在实验的内容教学中,增强综合性、设计性、开放性试验比例。充分利用实验教学对枯燥无趣的理论教学进行补充,将抽象难懂的内容利用实验课中的器具实验用品进行模仿验证,加深学生对知识的吸收与理解。引发调动学生的学习积极性及兴趣。模拟电路实践课可以给学生提供丰富的实验课目,学生能够根据自身的知识积累,来选择安排实验学习。例如,放大器的Q点和动态特性的图解法是非常抽象的教学内容,经过相关程序的仿真,学生可以直观地观察到电路设置Q点的必要性,动态参数的变化规律,直流负载线与交流负载线的不同之处。根据黑龙江大学电工电子基础实验中心为不同专业安排的1周~2周的模拟电路实训,设计培训、制作电路与电源,一阶滤波器电路,基本共射放大电路,学生首先进行理论设计及计算,然后利用计算机的相关软件进行仿真,最后到动手操作、调试、焊接、制作。整个过程提高了学生的动手实践能力,并同时提高了分析问题解决问题的能力。
3总结学习方法,培养学生良好的学习习惯
《模拟电子技术基础》与其他科目有所不同,它不但需要扎实的理论基础,还要学会财务分析电子电路。首先,要让学生可以更快的适应模拟电子技术的学习。在教授知识的同时,还要培养学生正确的学习方法,提升他们的自学能力,培养良好的学习习惯。引导学生在听课前先预习的习惯,然后在课前自学过程中将教材的重点、难点、惑点等都找出来。其次,督促要求学生做好随堂笔记。指导学生如何做好笔记,使其更好地掌握知识。笔记重点记录教师讲课的,主题、重点、难点、概念,关键词,对难点进行重点标注,以方便课后的复习。督促学生复习可以防止遗忘。课后学生自主的温习课程及笔记,可以将所学知识进一步巩固同时加深理解。
4教学应有侧重点,以应用为目的
高职要重点着手于理论知识的应用及实践动手能力的培养等方面。因此,教学内容上要彰显高职教育的特点,主动适应社会需要,侧重于应用性、针对性。将知识与能力相互结合,重点培养学生的工程应用能力及处理问题的能力。基础理论的的初衷是对其的灵活运用,以必须、够用为度,以掌握概念、强化应用为侧重点。目前电子技术基础具有很浅的实用性,其技术更新的速度是无法想象的。因此授课时不可再生搬硬套之前的教学方式:首先讲解元器件的原理、特征、性能,然后对其进行分析对内部结构进行讲解,再举例说明它的具体应用。曾经对模拟电子技术基础偏重于细节,忽略了整体概念的讲解,这对培养学生的应用能力起到了副作用。因此授课时应有所侧重,重点讲解新思想、方法及应用,重点讲解所谓粗线条分析。需要与实际电路相结合,使学生对电路的应用更加了解。
5设计特色引入,激发学生兴趣
对电气自动化技术专业职业岗位能力进行分析,《模拟电子技术》课程专业技能有:电子元器件应用技能,电子电路应用技能,电子电路设计技能,电子产品安装、调试及初步开发技能;《模拟电子技术》课程能力拓展有:本课程工程实践能力、创新能力、团队协作能力。在确定了《模拟电子技术》课程的技能要求后,再以各类电子电路为载体,来确定教学内容。
1.2教学内容的选取充分体现职业技能和综合素质训练的特点
通过对企业职业岗位的调研,根据高职高专教学理论及职业岗位知识能力要求分析本课程,把实用电子电路如直流稳压电源、晶体管延时释放电路、正弦波振荡电路、音频功率放大器等电子产品的制作与调试作为教学的主线,按电路的结构进行剖析,分解成若干个项目,每一个项目中又用若干个任务来承载,以任务驱动式的方式,体现对学生职业技能和综合素质的训练。
1.3构建《模拟电子技术》课程体系
首先,《模拟电子技术》课程要学习基本电子器件,这部分内容要突出各种电子器件的基本结构、工作特性、主要参数及应用这条主线;其次,电子电路部分,要从静态和动态的角度分析电路的工作情况,这部分内容要突出放大电路的三种组态这条主线。
2多种教学方法和手段在课程教学中的有机结合
2.1传统板书教学与多媒体技术教学相结合
《模拟电子技术》作为一门专业基础课,理论教学是必要的而且是重要的,学生只有掌握了必须的和够用的基本理论,才能进行实践活动。传统的理论教学手段是“粉笔+板书”的模式,这种教学手段便于学生与教师的直接交流,有效信息保留的时间长,便于学生思考和记笔记,特别是对电子电路图的来龙去脉有清晰的理解和认识,但画图费时间,影响了教学的进程,教学效率较低。采用电化多媒体教学,教师能从大量的板书解脱出来,可以预先将大量的教学信息存储起来,并且可以反复取出,不断加深学生的印象,但有效信息保存的时间过短,不利于学生的思考和记笔记。实践证明,传统板书教学手段在模电教学中,优势更明显,特别对高职学生来说,更加适用,故笔者坚持一堂课三分二时间用板书教学,三分之一时间用多媒体教学。
2.2引入实例,激发求知欲望
目前,大部分高职学生对理论学习兴趣不大,如果不改进教学方法,势必会使学生越来越厌学,到头来大部分学生理论不懂,技能也不会。因此,根据高职学生的职业要求和模电在日常生活中的应用情况,在课堂教学中应该努力提高学生的学习兴趣,古语云:“好之者不如乐之者”,这充分说明,能激发学生的学习兴趣对学好一门课程的重要性。因此在每一个课程单元的讲授中,都需引入与之相关的示例,譬如,讲授到二极管这一单元时,先引入实际中的直流稳压电源这一实例,可以是实物也可以是图片,再说明没有二极管,也就不可能得到直流电源,学生的兴趣上来后,再讲解二极管的基本结构、工作特性及主要参数,这样可以让学生在精神振奋中愉快地接收这个知识单元。
2.3精心备课、激情讲解
对于高职学生来说,精心备课、激情讲解尤为重要,因为高职学生基础相对较差,理论知识的接受相对缓慢,稍不留意,就会出现上课讲话或打瞌睡的情况,激情的讲解,巧妙的提问可以缓解这种现象。2.4反复练习,进行章节测试在平时的教学中,根据内容的重、难点,反复练习,从而达到巩固所学知识的目的。严格的练习和测验,还能使学生养成良好的学习习惯和严肃认真的学习态度。
2.5进行课外质疑
课后立即抽一部分学生对所学内容进行质疑,以反思教与学的情况,同时也带动了学生的学习主动性。
2.6组织班级学习小组
高职学生自主学习的主动性相对较差,为了改变这种现象,先组织一部分班级学习成绩较好的同学,成立学习小组,每周活动一次,任课教师到场指导,以部分带动全部,班级的学习积极性有了很大的提高。
2.7学生模拟讲课
提前一周把需要模拟讲课的内容告知学生,模拟讲课的时间控制在10分钟左右,学生准备教案,老师检查并提出修改意见,学生讲完后,进行学生互评、教师点评、教学补充。这样有助于锻炼和提高学生的社会交际能力;有助于学生表达能力的提高;有助于营造教学相长的学习氛围;有利于培养学生自主学习的能力。
2.8进行课外制作
精选10个左右实际应用电路,如:可调直流稳压电源、水位开关、触摸开关、声光控节能灯、耳放电路、音频功率放大器等。在讲授相应部分的理论内容之前开始布置题目,这样学生就会带着问题听课,要我学变成了我要学。该部分理论内容讲授完后,学生就要去购买元器件,进行焊接制作,在制作过程中,学生对实际的电子元器件的工作原理、主要参数、管脚判别就有了新的认识。要求每个学生单独制作,一周后老师进行验收,并记录平时成绩。没有通过的,展开讨论,查找原因,这样既锻炼了学生的动手能力又促进了理论的学习。
2.9参加技能大赛
提升创新能力、实际工程应用能力和团结协作能力在班级成立兴趣小组,利用课外时间进行科技活动,指导他们绘制PCB板图,并利用制版机设备自行加工制造PCB板,使学生掌握电子线路设计的全过程,为他们以后参加各类电子设计大赛打下良好的基础。
2.10仿真训练
利用EWB仿真软件对模拟电子技术中的单元电路进行仿真。由于教学时数的限制,教师在课堂上只须简要的讲解该软件的使用方法,其余留给学生自学。每讲完一个单元电路,就布置EWB仿真作业,并记录平时成绩,这样能充分发挥学生的主观能动性和创造性,培养学生的专业能力和方法能力。
3实践教学环节的改革
《模拟电子技术》课程作为一门应用技术,具有很强的实践性,必须加强实践教学环节。实践教学是培养学生技能的重要途径,能够有效地提高学生分析问题、解决问题及理论联系实践的综合素质。实验必须由验证性、综合性和设计性实验三部分组成。目前,大部分学校都是教师少、实验时间短(一个实验基本上是两节课),为了解决这个矛盾,要求学生实验前必须预习。每个实验就是一个项目,实验的每一步就是一个子项目,指导教师在实验过程中,对每一个子项目进行验收,现场评分,这样极大地提高了学生实验的积极性,对提前做完的学生,加做实验,验收通过后加分。
4考核方式的改革
考核模式不但要注重理论,还要注重技能的考核,这样才能使教师的教学重点放在必要的理论与技能并重培养上来。具体考核模式为:综合成绩(100分)=理论考试成绩(40分)+平时成绩(考勤、作业、EWB仿真,课堂提问,10分)+课外质疑及学习小组活动(10分)+课外制作作品(20分)+实验(20分),其中,任何一项成绩达不到本身所占成绩的60%,视为综合成绩不及格。这样能使学生自始至终地重视整个教学的各个环节。
引言
在电力电子装置中,经常需要在两个不同的模块之间传送模拟信号,并且要保证安全可靠地传送。通常两个不同模块之间的电位可以相差几百伏乃至几千伏,比如电机控制中的隔离电枢电流和电压传感器,电动机地与控制系统地的隔离等。特别在一些以微处理器为核心的电力电子装置中,需要传送代表输出特性的参考信号,而运行于高频开关状态的功率电路与控制电路往往不在同一电路板上,为了防止强电磁干扰串到微机系统导致系统运行异常,并降低EMI和工频干扰,在信号传送的时候需要严格隔离。在工业过程控制与测量系统中更是普遍需要用到模拟量隔离传输技术,如热电偶、压力电桥、应变计、传感器的数据隔离放大均是例子。因此,研究精确可靠的传输方案对于保证系统的整体性能具有重要意义。本文以数控精密高频开关逆变电源系统为例,研究了电力电子装置中模拟信号的精确隔离传输的方法。
1隔离传输方法及其比较
实现电气上隔离的方法从耦合方式来看,可以分为磁耦合隔离方法、光电耦合隔离方法、电容耦合隔离方法等。
磁耦合隔离方法是最常用的耦合隔离方法。图1所示的是AD公司生产的隔离放大器AD202的内部结构示意图,是一个典型的变压器耦合二端隔离放大器,采用了调幅与解调技术将直流或交流信号通过变压器耦合到输出级,输入级内置一个独立的运放作为信号预处理,可进行缓冲、滤波等功能。输出级是对信号进行解调,滤波与放大。内置的DC/DC变换器可以提供电源给输入侧的运放、调制器或其他电路。
图2
另外,还有三点隔离的变压器耦合隔离放大器,如BB公司的3656,可以实现输入级和输出级隔离,而且供电电源与放大器隔离,真正实现了信号和电源完全隔离。
电容耦合隔离方法是比较先进的,采用了频率调制技术,通过对输入电压数字编码和差动电容势垒耦合,准确地隔离和传输模拟信号。图2所示的是BB公司电容耦合隔离放大器ISO122的框图,隔离放大器输入和输出之间通过2个1pF的隔离电容进行信号耦合。在调制端,输入放大器对输入电流和一个可切换的电流源之间的差值进行积分。假设VIN为0V,积分器将以单向的斜率上升直到超过比较器的阈值。内部的压控振荡器使电流源以500kHz的频率切换,输出调制的数字电平以差动形式加在势垒电容上。同时外加隔离电压呈共模形式。输出端的放大器检测出来的差动信号作为另一个电流源到积分器A2的切换控制,信号解调产生一个平均值等于VIN的VOUT,经过低通滤波器滤掉余下的载波噪声之后,就成为隔离放大器的输出。
由于采用了数字化调制手段,隔离栅的性能不会影响到模拟信号的完整性,所以有较高的可靠性和良好的频率特性。
光电耦合器是通过光信号的传送实现耦合的,输入和输出之间没有直接的电气联系,具有很强的隔离作用,在实际中应用很广泛。光电耦合器件具有非线性电流传输的特性,如果直接用于模拟量的传输,则线性度和精度都很差。于是很多公司相继推出线性光耦隔离放大器,如BB公司的ISO100,利用发光二极管LED与两个光电二极管进行耦合,一路反馈到输入端,一路耦合到输出端,经过激光调整精心匹配,线性度和稳定度都很好。
2开关式隔离传送与串行方式
针对光电耦合器能够相当可靠地传递开关量信号,因此,在实际应用中考虑数字隔离的方法,即将模拟信号通过A/D转换变成数字信号,再采用光电耦合器进行数字隔离。
2.1PWM的调制及解调方式
一种开关量隔离方式,集成PWM或微处理器输出信号调制的PWM波形,传送信号的瞬时电平与脉宽成正比,经过光电隔离后对PWM信号低通滤波,恢复成模拟信号。
2.2V/F方式
另一种A/D转换常用方法如图3所示。它采用电压/频率变换即V/F变换,设计的模拟信号隔离传送电路如图3所示。传感器输出的微弱信号放大到伏级,送入LM331构成的V/F转换电路变成脉冲信号,信号频率与输入电压成正比;可以进行长距离传输,而后经过光电耦合器切断前后电路电气联系,隔离后的脉冲信号再送入同样由LM331构成的F/V转换电路得到复原的模拟电压信号。
综上比较各种隔离方法的传输特性,其性能综合对比如表1所列。
表1各种隔离方法的传输性能对比
耦合方式传送精度噪声滤波结构复杂度传送距离电平死区
变压器耦合中需要高短有
电容耦合较好需要高短有
线性光电耦合较好不需要中短有
PWM低需要低长无
V/F中需要中长有
前面几种隔离方法都采用了集成的结构,性能得以保证,但是,由于隔离是在芯片内部实现,输入级与输出级间距很短,对于信号传输空间上有一定距离的应用场合,效果并不是很好;同时在调制与解调过程中不可避免地会有一些噪声产生,因此输出级要设置相应的滤波电路,导致准确度下降,
线性光耦当输入信号较小时,驱动电流可能小到无法令光电管检测,存在死区;后来的V/F开关转换方法传输可靠,但是隔离的两端都需要V/F芯片,电路仍显复杂,另外,工作频带受限制,低端因为纹波大而准确度下降,高端信号亦受滤波器频带限制。
图5
要解决或改善上述的不足单从电路结构完善上已经余地不大,唯有考虑引入数字式的传输手段。
2.3直接数字信号传输方式
对于模拟信号要求较高的场合,可以采用数字式信号传输,优点是精度高,抗干扰性强和可靠性好,能够实现任意波形的信号传送。在有些应用场合中是通过微处理器直接生成数字信号,则更有理由采用数字式传输。
将数字信号转换到模拟信号的方法可以有多种,如PWM信号滤波,数字电位器。从信号的准确度和驱动稳定度来看,专用的DAC芯片最为可靠。专用的DAC芯片,是通过数据线输入,转换成模拟信号输出,一般8~12位的精度已经可以达到大多数传送要求的准确度,因为输入是数字电平,所以可以进行光电隔离,还能通过远距离传送,这样就可以实现在两个不同的电网络之间传送模拟信号。
DAC芯片通常有串行和并行之分,并行的DAC芯片应用较多,编程简便,但是,应用时候需要把所有数据线以及读写控制线全部进行隔离,这样需要的光电耦合器的数量就较多,长距离传输的时候电路结构也比较复杂,优点只是信号变换速率较快。
图6
2.4串行D/A数字隔离的办法
对于速率传输并非很快的场合,采用串行的D/A芯片就能够很好地适应应用的要求。各大芯片厂商都已推出了串行接口的D/A芯片,通常输入端采用串行方式接收数据,如SPI或者I2C总线时序。微机接收来自各类传感器的模拟信号,配合或者自带的A/D转换器,将模拟信号变换成数字信号,再通过软件进行滤波、放大等数据处理,由程序将需要输出的数据加上若干控制位组合成串行数据列,通过微机I/O口,经过光耦隔离输入到串行D/A芯片,变换成模拟信号输出。图4所示的是通过光耦实现的串行隔离传送的一个方案。
这样便可以将控制电路与高电压电路完全隔离起来,只要将串行D/A芯片置于功率电路端。因为中间完全是数字信号传输,所以能够较好地解决传输干扰,连线也相当简单,一般不超过4根线,使电路的结构得以简化。图5所示的是实际的电路。
3串行D/A隔离信号传输的设计与实验结果
作者设计的数控开关电源中需要提供多路精确的25Hz参考信号,并且需要与主功率电路与驱动电路完全隔离,为此,采用了本文提出的方法。在以微处理器80C196KC为核心的实验电源系统中,逆变的参考信号是通过微机控制串行D/A生成,传送到隔离侧的功率控制电路。
本文采用MAXIM公司的串行8位DAC,电压输出,整个封装为8脚,结构简单。其中微处理器与芯片之间的SPI总线控制通过软件来实现,输入端的口线用高速光耦6N137分别隔离。
因为,80C196KC系列没有单口线操作指令,所以,各口线时序以并行方式同步输出。
输入线包含片选线、时钟线和数据线,首先,软件时序操作令片选有效,然后,程序就可以向芯片发送整合的数据包。时钟线上输出的是一定频率的脉冲信号,在每个时钟的上升沿后,将数据包中的各位按次序送到数据线上,当时钟变为下降沿时刻,数据输入到DA的寄存器内。具体时序如图6所示。
要完成一次数据的发送,串行芯片需要接收到16个数据位,也就是至少需要16个时钟周期,对于MAX522的时钟频率可达5MHz,故数据的发送周期最短大约为200ns,对于其他串行芯片可以类推,但是一般微处理器指令执行速率达不到这么快。
项目教学法一般建立在建构主义学习理论基础上,为达到教学目的由学生和教师通过共同完成一个完整项目,通过项目完成情况来实现教学目的.可以说项目教学法既是一种教学方法又是一种课程体系新模式.
1.2项目教学法的特点、优点
项目教学法与其他教学方法相比较根本特点在于以项目为主线,教师为主导,学生为主体.教师满堂灌的传统教学方法得到改变,创造了一种学生主动参与、自主协助与探究创新的新型教学模式.项目教学法与传统教学方法相比,传统教学方法理论课多,实验课比较少,实验彼此独立的验证某个知识点,这样势必会使得学生理论知识与实践技能不能较好的融合,教学效果差.项目教学法打破验证实验传统教学方法,从项目入手,通过学生思考、设计、制作、讨论,再结合教师对项目讲解与指导,学生完成作品,从这个过程中学习新知识,为完成某个功能而结合与运用知识,收获成功喜悦.
1.3教学项目确立
教学项目的确立是在通过社会岗位需求、调查和专业培养目标的基础上,不断反复实践,让知识与技能的系统结合起来,形成了项目教学课程体系.教学项目要包含尽可能多教学知识点,紧密结合专业发展方向,并尽可能自然地结合以前所学过多项知识点.考虑到学生的实际水平,每个项目难易程度适中,在此项目基础上有弹性创新,学生的学习兴趣得到提高.担任项目教学教师在开展项目教学前做了充分准备,既要考虑专业发展方向又要考虑项目的趣味性,细分每个项目层次,融入细节,这样理论知识点与技能提高才不会相悖.项目的设计使学生们更容易掌握课程中的教学难点与重点,专业知识更加扎实.一般我们将每个项目分为项目介绍、项目理论知识、项目设计方案与分析、项目制作与调试、项目思考与项目报告等六个部分.项目介绍使同学明白项目目标与工作任务及应用范围,在听得过程中发散思维,拓展应用范围和技术改进.项目理论知识介绍,即将开展具体项目实施之前,教师可以引导学生学习新的知识点和提出一个项目设计方法.项目设计方案与分析部分,每个项目组学生分工合作,通过课余时间查找资料来完成系统框架,设计仿真.对于过程中的问题,教师与同学们听每组同学代表介绍,通过教师与项目组同学共同讨论,使学生成为项目的主角,完成项目理论设计并仿真,同学在提出方案到总结方案的过程中消化专业知识.接下来进行项目制作与调试,对同学们在项目完成过程中遇到问题,教师不断与同学检查、指导、沟通,使同学们对项目遇到问题思考、解决,完成项目.最后为巩固专业知识必须对项目提出改进措施,撰写项目报告书。
2项目教学方法的实施
模拟电子技术这门课与高等数学有很大区别,很多同学数学成绩不错,而学这门课觉得很难,关键在于他们把这门课当作一门纯理论课来学习,理论与实践不能结合,所以学好这门课,要求不仅要掌握较好的理论知识,而且还要把所学知识应用实践中去,并在实践环节不断发现问题、分析问题与解决问题,这样专业技能才能有较大的提升,所以我们在项目的实施过程中首先考虑将教科书改变为辅导书,实验室和图书馆为学习课堂,教师与学生探讨交流始终在项目完成过程.通过这些改变来实施具体设计的项目,提高学生理论与实践技能水平.
2.1制定项目实施计划
教师在实施教学项目前要深入研究这个项目所涉及的专业知识点与技能点,通过实践能将知识点融入到技能中,区分各个知识点之间的关系和彼此联系,促进学生解决学习与工作中遇到问题,培养创新能力.例如结合广播电视技术专业人才培养目标我们设计了———小功率调频发射机设计与制作项目,考虑到运用的知识点,我们把知识点划分为几个子项目:LC调频振荡电路设计、缓冲隔离级设计、功率激励设计、末级功放设计等,把这几个子项目合起来组成小功率调频发射机.每个子项目学生整理设计思路,仿真,制作.当然过程中会遇到问题但探讨中问题会得到解决思路.整个过程学生积极参加,动手动脑,互助互学,学习兴趣明显增强,知识点融会贯通,专业技能在过程中提高.
2.2项目实施计划
为了学生能实施项目目标,理论联系实际,充分利用实验室教学设备,实验室变成了课堂,学生学完新的知识点,可以边理论设计边动手实践,学生手脑并用,更快理解知识点.一个项目不是一两个知识点就能完成的,所以一个项目有很多分支组成,分支之间内容衔接紧密,知识点相互渗透,通过一个个分支子项目的完成,最后完成整个项目的学习.例如小功率调频发射机设计与制作项目,在所有的子项目中,提出项目要求,学生通过教师传授的知识点,通过分析、思考,然后查找资料相互探讨来设计或完成各个子项目任务,每个子项目完成后,由学生讲解设计电路原理,分享收获知识,总结本项目意义,通过总结找到自己项目不足.最后根据教师提出小功率调频发射机项目要求,学生将所学子项目联系起来,通过信息手段仿真,制作设计项目.在项目制作完成后,先由项目组学生介绍电路实现功能,分享自己所学会知识,通过总结使学生找到理论与实践的不足,在展示项目时,一部分学生可以很好实现设计功能,并有了好的创新思路,继续思考与完善.而另一部分可能会遇到一些问题,教师与学生一起分析问题,找到解决问题的办法.教师在整个项目完成过程中细心观察是不可缺少的,能发现学生优点与缺点,通过学生个性改变,增强与人沟通能力与团队合作精神,适合专业发展需要,使学生综合素质得到提高.最后书写项目报告,并做到规范化.
3项目考核与评价
2教学过程中存在的问题
模拟电子技术课程所涉及的理论、设计及分析方法具有很强的工程应用性和实用性,在学生的整个知识体系中占有相当的比例,对于培养学生的逻辑思维能力、工程实践能力、创新能力及后续课程的学习都十分重要。计算机类专业的模拟电子技术课程在教学实践中遇到的问题很多,主要有以下几个方面:
2.1学时少,内容多
为了突出专业课程的学习,很多学校的做法是压缩电路分析课程的学时数,甚至取消了电路分析课程。而模拟电子技术课程知识多且比较分散,它集高等数学、电磁学、物质结构理论和电路分析等知识于一体,该课程的学时数(含实验)一般在80学时以下,在如此紧张的时间内要完成该课程的教学工作,不仅老师感到困难,学生也有很吃力。
2.2学生认识不到位
很多学生错误地认为模拟电子技术课程应该是电子、机械类专业学生的专业课程,他们在专业学习中一般都有重视软件而轻视硬件的倾向,而且,学习模拟电子技术课程的成就感往往不及其他课程来得快和强烈,因此,就造成了学生的学习积极性不高。刚刚从中学过度到大学的学生,很多还没有找到适合本课程的学习方法,模拟电子技术主要以原理分析为主,而学生更多地相信精确的数值计算,他们往往认为只有经过严格的数学推算得出的结果才是可信的,当实际结果与严格的理论演算结果有出入时,他们难免会感到困惑。学生的认识不到位和思维方式上的差异,导致了计算机类专业中该课程的教学效果一直不太理想。
2.3课程教学本身存在问题
计算机专业的模拟电子技术课程的教学内容和方法完全套用电子、机械类专业的那一套,有些学校甚至完全由机电类专业的老师来教授该门课程。这些教学内容和方法在一定程度上与计算机类专业存在脱钩的现象,没有突出本专业的特色。近些年来,很多高校的计算机类专业的同仁们对本课程进行了一定的改革探索,并总结了许多值得借鉴的经验,但是,对于不同的学校和不同的学生,这些教学改革举措应该不尽相同,在具体的教学实践中,切忌“拿来主义”和生搬硬套。我们也对贺州学院的计算机类专业的模拟电子技术课程的教学做了一些研究和探索工作,实践表明这些工作有益于提高教学效果。
3教学改革的内容和措施
为了使模拟电子技术课程的教学更切合计算机类专业的实际,我们做了一定的探索以提高教学效果和应用型人才培养质量。
3.1教学内容的甄别与整合
模拟电子技术课程涉及的内容多且知识面广,为了提高学生的工程实践能力和创新能力,我们根据计算机类专业的特点,依据“必用、够用”的原则甄别和整合课程内容。受学时数的限制,计算机类专业一般无法系统开设电路分析等先导课程,但电路分析的基本原理和方法贯穿于模拟电子技术课程教学的全过程,因此,我们把电路分析课程的主干内容整合到模拟电子课程之中。在正式讲解模拟电子技术课程的内容之前,我们花4至6个学时重点讲解电路分析的基本原理及其应用,主要有KCL、KVL、叠加原理、戴维宁定理、诺顿定理及密勒定理。经过对多部国家级模拟电子技术教材的比较,我们选定康华光教授主编的《电子技术基础(模拟部分)》(第五版)作为我院计算机类专业的教材。该教材加强了基础理论,如加强了半导体的物理基础和电路的基本分析方法;同时也注意吸取国内外的先进技术,如加强了线性集成电路和数字集成电路(包括中、大规模集成电路)的原理和应用,新增了电子电路的计算机辅助分析等内容。该教材历经多次改版以紧跟当代电子技术的发展步伐,但我们不是全部讲解教材内容,依据“必用、够用”的原则甄选讲解内容,其他内容留作学生课外阅读,以开阔视野。经过讨论,我们将教材内容整合成半导体器件、放大电路基础、信号产生与处理三大部分,将直流稳压电源的内容作为任务驱动式教学内容。
(1)半导体器件部分简要介绍常用半导体二极管、三极管及场效应管的基本结构等基本知识,重点讲解它们的应用及经典电路的分析方法。
(2)放大电路基础部分重点分析三极管单管共射放大电路,包括静态工作点的设计及稳定措施、输入输出特性、电压增益计算、输入输出电阻等特性,然后介绍集成运算放大器的“虚短”和“虚断”等基本概念及集成运算放大电路的基本分析方法等知识。
(3)信号产生与处理部分重点介绍有源滤波电路和正弦波振荡电路,信号产生与处理部分知识是今后学习接口技术、理解芯片电路设计原理的基础,所以,不能简单地将这部分知识从模拟电子技术课程的内容中删掉。
3.2教学方法的改革与创新
我院计算机类专业的模拟电子技术课程一般安排在大二的第一个学期,由于课程内容多、难度大,而且相当多学生的前导课程知识掌握不牢,所以,他们在心理上产生一定的畏惧感,鉴于我院学生的实际情况,我们对模拟电子技术课程的教学实践做了一定的探索。
3.2.1理论教学灵活多变
课堂教学方法很多,常见的有讲授法、讨论法、直观演示法、练习法、读书指导法、任务驱动发、启发式教学法等,要生动有趣讲解好本课程的内容,往往要灵活应用多种教学方法才能取得预期效果。本文重点介绍启发式教学法和任务驱动法在模拟电子技术课程教学实践中的应用。
(1)启发式教学法。
课堂教学最忌讳的是老师一言堂,教师必须想办法活跃课堂气氛,启发式教学法是调动学生学习积极性,激发学生学习激情最有效的手段之一。这就要求教师在教学中根据教学内容的铺展由表及里循序渐进地不断引出问题,启迪学生去思考、分析问题,直到提出解决问题的方法或途径。比如,在讲解KCL时有学生对定律无法理解,教师就可以用水管中水流的特性做类比以启发学生的思维,然后借用中学电学中关于电流、电荷的知识来引出电荷在导线上不能积聚,从而得出任意时刻流进节点的电流之和必然等于流出节点的电流之和的结论。为了进一步巩固KCL相关知识,教师应该提出节点的相对概念,即电路中的节点既可以是一个电路分支的交叉点,也可以是任何一部分电路。这样扩大了节点的概念,学生自然就掌握了KCL的更广泛的应用。比如在讲到NPN和PNP型三极管时,发射极上的箭头标识的方向不同于集电极和基极上的电流方向,如果将三极管看作是一个节点,那么从宏观上就很容易得出放大电路中三极管三个极上的电流分配关系:Ie=Ib+Ic。有了宏观认识以后,再讲解三极管电流分配关系的微观解释就显得较为轻松。
(2)任务驱动法。
任务驱动式教学方法是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学方法,它将传授知识为主的传统教学,转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学。模拟电子技术课程的工程实践性比较强,因此,当学生具备一定模拟电子技术基础以后,教师就可以在课程的教学中使用任务驱动式教学法。比如,当学生学完二极管电路的分析方法以后,学生具备了二极管半波整流的知识,然后给他们布置新的任务:查阅资料,掌握常用全波整流电路的相关知识。很多学生通过网络和图书馆的资料掌握了桥式整流电路的结构特点和工作效率,在此基础上,我给他们演示一台卡式录音机的故障现象:单独用干电池供电时,录音机工作正常;单独用220伏交流电供电时,录音机不工作。然后拆开录音机,让学生观察电源部分电路的结构特点,最后给他们布置任务:画出录音机电源部分原理图,分析各部分电路的功能。采用任务驱动式教学法可以将教材中直流稳压电源部分知识的教学彻底转换为以学生为主体,这样,有利于培养学生的综合能力,提高他们解决实际问题的能力。
3.2.2理论与实验教学交叉融合
计算机类专业的学生大多计算机操作能力较强,因此,在模拟电子技术课程的教学中,我们引入了SPICE仿真软件。有了此类仿真软件,理论教学和实验教学的界线越来越模糊。在理论教学中可以先用仿真软件演示有关理论或电路的宏观外在表现,使抽象知识具体化。学生在用物理器件做实验前也可以先用仿真软件做一遍,这样可以提高实验效率,降低实验损耗。有了仿真软件,课堂上无法及时完成的实验,学生还可以在自己的电脑上完成。所以,利用仿真软件可以实现理论教学与实验教学的相互交融,当然,为了强化理论知识,突出学生工程实践能力的培养,我们在实践中坚持理论教学与实验教学必须是同一位老师的做法,这样,有利于老师掌握学生的学习动态,提高教学的针对性。
3.3多角化课程考核方式
课程考核是课程教学改革的重要方面,好的考核机制有利于提高学生的学习积极性、激发他们的学习兴趣。实践中,我们以专业知识和技能考核为主,兼顾学生德育和出勤率考查。课程考核项目包括出勤情况(占总分10%)、课堂表现(占总分20%)、平时作业(占总分20%)、期末测评(含理论笔试和技能测试,占总分50%)。按时出勤可以培养学生的集体主义观念和遵守纪律的习惯,也是课程教学得以正常进行的必要条件。笔者的做法是全勤记10分,缺席一次扣2分,缺席三次者给予警告,缺席五次取消该门课程考核资格。为巩固理论知识,适当加重对平时作业的考核是否必要的。笔者的做法是整个学期共布置、批改作业五次,每次4分,根据作业的质量分D、C、B、A四个档次,每个档次分别给为1分、2分、3分和4分。另外,为防止相互抄袭,限制作业必须按时完成,不得补交,一旦发现存在抄袭作业的情况,抄袭与被抄袭者双方本次作业都做零分处理。为活跃课堂气氛,激发学生的学习主动性,课堂表现考核显得十分重要。笔者的做法是主动回答问题者,正确的一次记2分,错误的不扣分;被点名回答问题,正确的计1分,错误的不扣分。期末测评包括试卷笔试和技能测试。笔试是学生对知识掌握情况的集中体现,占课程考核40%的比重,专业技能测试是考查学生实际动手能力的主要手段,占课程考核10%的比重。通过多角化课程考核方式改革,取得了令人满意的效果。学期课程的平均出勤率达到98%以上,学生的学习兴趣和主动性明显提高,课堂教学秩序良好,气氛活跃,学习效果明显提高。
二、PN结的失与得
PN结就是得与失的产物。P型半导体与N型半导体的交界面因多子极型以及浓度差别,形成多子扩散运动,N区的电子扩散到P区,P区的空穴扩散到N区,在交界区域原有的电中性被破坏,P区失去空穴留下了不能移动的杂质负离子,N区失去电子留下不能移动的杂质正离子。这些不能移动的带电粒子集中在P区与N区交界面附近,形成空间电荷区。空间电荷区的逐步建立削弱了多子的扩散,而增强了少子的漂移。当多子扩散运动与少子漂移运动保持一种动态平衡时,交界面形成稳定的空间电荷区,即PN结。两种不同极型的杂质半导体在交界面失去多子的过程,得到了一种导电性能独特于杂质半导体导电能力的介质,带来了半导体导电能力质的突变,这就是PN结的单向导电性,即正向偏置导通,反向偏置截止。复合的PN结,在制作工艺上的差别,分别有双极型晶体管与单极型晶体管。晶体管在合理偏置下导电性能表现了特有的控制性能,即电流控制型的双极型晶体管和电压控制型的单极型晶体管。
三、放大电路的得与失
晶体管器件在“合理偏置以及顺畅的交流通道”原则下就可以构建一个放大电路,一个微弱的输入信号从输入端引入,在输出端得到一个幅值足够的输出信号,表现了小幅度的模拟量通过放大电路后得到了大幅值的模拟量,淋漓尽致地表现出信号幅值放大的概念。殊不知,这种放大电路的“放大”理解是表面的,是片面的,只看到“得”的现象,而没看到“失”的本质。在放大电路中,工作电源不仅仅只是提供合理的偏置,更主要担负着能源作用。放大电路仅仅只是一个信号幅值变换的平台,微弱的输入信号能源通过晶体管的控制作用改变着工作电源在输出负载上的能量消耗。最常见的一个事例就是人们日常使用的收音机,收音机就是一个典型的放大电路。手持式收音机没有电池,不可能发声,装上电池后就可以接收电台信号,伴随听的时间与音量的大小,电池的消耗程度或使用时间就会不同。没有收音机,人们不可能感受到空中的电磁波能量,有了收音机而没有电源也听不到悦耳的音乐,电池能耗使用殆尽了也享受不了。所以,严格意义上的放大电路是一个能源控制电路,放大电路的本质是弱小能量对大能量的控制。放大电路表面上得到了信号的幅值增大,实质上消耗了电源电能。
四、差分电路的失与得
单级放大电路的放大能力是有限的,总期望多级放大。多级放大电路是由若干级单级放大电路所组成,这样单级放大电路之间就存在耦合关系,直接耦合是多级放大电路的典型结构形式,直接耦合的多级放大电路最突出的弊端就是零点漂移,零点漂移最核心的表现形式就是温漂,解决零点漂移最有效的手段就是差分电路。差分电路由两个特性完全一致的单级放大电路复合而成,表现在晶体管的特性一致,晶体管偏置电路器件参数一致。差分电路从理论到实用经历了三个演变,即基本式差分电路、长尾式差分电路、带恒流源的差分电路,这三个演变唯一不变的就是基本结构不变。通过电路分析不难得出结论,差分放大电路的差模增益与单级放大电路的增益是一样的,然而,差分电路的共模增益接近零,有较大的共模抑制比,可以很好地抑制温漂,而单级放大电路就无法解决温漂问题。第一级放大电路温漂决定了多级放大电路的温漂,所以,集成运放的第一级总是差分输入级。可见,差分电路通过“失去”硬件(增加结构等价的电路,增大电路成本),得到了对共模信号的抑制能力,而并不改变对差模信号的放大能力。
五、带宽增益积的得与失
考核放大电路的性能表现在增益、峰峰值、输入电阻、输出电阻、带宽、失真度、输出功率与效率等参数中,它们取决于放大电路组态、晶体管特性、电源以及应用的方式。在放大电路的时域分析过程中,总是期望放大电路的放大倍数越大越好,一级放大能力不够就采取多级放大,以提高放大增益;在放大电路的频域分析过程中,总是期望放大电路有很小的下限频率和很大的上限频率,频率响应范围越宽越好,即带宽值越大越好。带宽是上限频率与下限频率的差值,提高带宽的有限手段就是尽可能提高放大电路的上限频率值。通过电路的频域分析可以发现,提高上限频率与提高放大电路的增益是矛盾的,一旦当放大电路的晶体管选定之后,带宽与增益之积是一个常数,放大电路的放大倍数增大几倍,相应地该电路的带宽就会减小几倍,实际中,既要提高放大电路的增益又要扩展放大电路的带宽,总是选取基区体电阻小、发射结与集电结电容效应小的高频放大管。可见,放大电路带宽增益积概念表现了得与失的理念,欲想得到较大的增益,必然失去频率响应的范围。
六、反馈放大电路的得与失
反馈是自动控制的一个重要概念,反馈放大电路是提高放大电路放大性能的重要手段,在电子技术应用中运用极为普遍。负反馈放大电路中,输出信号部分或全部反送到输入端削弱输入信号,使得闭环增益相对开环增益减小了反馈深度倍,表面上损失了放大电路的增益,然而,对放大电路的其他性能技术指标得到了极大的改善,表现在增益的稳定性得到了提高;环内的噪声干扰抑制能力以及非线性失真得到了改善;电路的带宽得到了扩展;输入电阻与输出电阻得到了相应的改善。如电压串联负反馈放大电路,增大了输入电阻,有助于电压输入信号的放大;减少了输出电阻,有利于输出电压的稳定性。正反馈放大电路中,输出信号部分或全部反送到输入端增强输入信号,闭环增益相对开环增益进一步增大,这是信号发生电路扰动起振的必然要求。信号发生器不会有输入信号或者说就是一个零输入电路,电路接通电源瞬间形成电路换路情形,通过正反馈选频网络(RC或LC选频网络)把输出端的信号有频率选择性地反送到输入端不断放大,这种无止境的放大也必然带来输出信号的非线性失真,所以在电路中为了防止输出信号的非线性失真,总是需要设置输出稳幅网络。可见,信号发生电路由放大电路、正反馈选频网络、稳幅网络三部分组成。稳幅的有效措施就是负反馈,所以,信号发生电路必须维持正反馈特性与负反馈特性的动态平衡。负反馈放大电路失去了增益,得到了电路性能技术指标的改善;正反馈放大电路得到了增益的“膨胀”,失去了输出信号的线性度,实际中为了挽回这种“失”,再次引入负反馈特性。
七、桥式整流的得与失
小功率直流稳压电源中整流的任务就是把交流电转换成直流电,衡量整流电路性能的主要参数表现在两个方面:(1)表征整流电路质量的参数,有输出电压和脉动系数;(2)表征整流电路对整流元件要求的参数,有正向工作电流和反向峰值耐压。半波整流输出电压低,脉动系数大;全波整流输出电压高,脉动系数小。然而,全波整流不仅需要降压变压器的副边引出中间抽头,更主要对整流元件的反向耐压提出了苛刻的要求,它是半波整流对整流元件反向耐压值要求的两倍。实际中,既要提高整流输出电压并减少纹波系数,又要对整流元件反向耐压的要求不苛刻,有效的技术手段就是桥式整流,桥式整流相比全波整流,在电路结构上只是增加了两个整流元件,但输出效果等同于全波整流电路的整流;桥式整流电路对整流元件的要求等同于半波整流电路对整流元件的要求,把半波整流与全波整流各自的优势整合在一个应用电路中。可见,桥式整流电路通过“失去”硬件(增加电路成本),得到了优于半波与全波整流电路的整流性能。
ERP沙盘模拟经营课程使教学活动从以“教”为中心转向以“学”为中心。学生成为教学活动的主体,学生的学习活动成为教学活动的中心;而教师由知识的传授者、灌输者转变成为学生学习的组织者、指导者。课堂教学由听讲模式,变成教师为学生设计情境和组织学生的学习活动,允许多元思维并存,让学生动脑、动口、动手。
2.教学手段的创新
ERP沙盘模拟经营课程强调传统手段与现代手段相结合,模拟仿真手段与实际操作手段相结合,从而形成一套融情景式教学、互动教学、自主学习、角色实训为一体的、较为完善的教学体系。
二、ERP沙盘模拟经营课程的具体实施
我校电子商务专业学生以男生居多,男生相对而言思维跳跃性更大,教学中难免会出现课堂秩序被中途打断、学生走神发呆等现象。实际上,这些学生不是坐不住,也不是不想听课,而是希望能够得到以他们为主体的学习机会,ERP沙盘模拟课程正好符合了电子商务专业学生的求学需求,因此,我们在电子商务专业课程中开展了沙盘实训这门课程,采用由简单到复杂、由模拟到仿真的教学方式:第一步,实训动员和规则介绍,主要进行实训课程介绍,使得学生产生兴趣,分组模拟企业组成,企业模拟角色选定,沙盘模拟规则分发学习。第二步,发挥学生主动性,学生自行模拟经营企业。在ERP沙盘模拟经营过程中,学生作为学习主体将企业经营管理各个环节中发生的经济交易或事项及时进行会计核算处理。学生可以将自己所学的知识融会贯通,也能够充分体验到沙盘模拟经营不是个人之间的比赛,而是团队与团队之间的竞争。第三步,因为电子商务专业的学生会计基础薄弱,所以对其填制报表的要求为以取得较高的权益为最终目标的前提下编制正确的资产负债表。在这种情况下,一般以会计基础较好或对财务工作比较感兴趣的学生担任财务总监。另外,教师要求每个学生在实训结束后都得撰写实训心得体会,以加深对课程的理解与巩固。
三、ERP沙盘模拟经营课程的教学效果反思
我们借课题研究的契机,在我校电子商务专业中进行实验教学,角色式的实验教学取得了较好的效果,教学效果反思如下:
1.教学手段的创新激发了学生的学习热情和潜能,努力做到了“寓教于乐”。
通过ERP沙盘模拟经营课程,学生在浓厚的趣味性“游戏”中走进了社会、实现真正实现寓教于乐。
2.在模拟企业环境,解决了社会实践难题。
ERP沙盘模拟经营环境中,学生真正体会到在真实的企业环境下如何处理实际问题。这种仿真的企业环境不仅解决了实训课程的根本难题,而且对于学生毕业后快速融入企业接手相关的具体工作至关重要。使学生亲身领会到团队合作的重要性。在企业经营这样一艘大船上,每个角色要各背其责、各尽其能。
3.现有的ERP沙盘模拟教学的综合性很强,这也对教师提出了高要求
决定了教师必须精通营销、会计、计算机等专业知识,而我在今后的教学教育工作中,更得加强专业知识和技能的进修培训。
2“.适用”的原则。该系统应符合旅游商务活动的要求,针对特定的旅游商务活动进行计算机模拟,应适用于模拟导游、模拟旅行社、模拟酒店、旅游业务预订、旅游网络营销和旅游网站策划等实训项目,并能展示一个完整的旅游电子商务运作流程和管理模式,使学生在校内如身临其境,把“无形”变“有形”,获得和现实旅游业非常相近的实训效果。因此,系统设计应以“适用”为原则。
3“.易用”的原则。该系统对于授课教师进行实践教学应方便高效,对于专业学生完成实训项目应易学易用。不能像理论知识一样高高在上,尤如“空中楼阁”不接地气,而应该直接进入旅游情境从空中走向现实,既满足教师教学的需要,又提高学生的实践能力。因此,系统设计应以“易用”为原则。
二、模拟实训系统的具体设计
笔者在多年《旅游电子商务》课程实践教学的基础上,对我校《旅游电子商务》课程模拟实训系统的建设依据、逻辑结构和物理结构进行了如下思考和设计。
1.系统设计依据。《旅游电子商务》课程模拟实训系统的设计依据主要有三方面:一是根据我校旅行社经营管理专业和导游专业的人才培养方案,即培养适应社会需求的、具有一专多能的、高素质的复合型人才;二是根据《旅游电子商务》课程的教学大纲,要求学生仔细了解当今旅游业中电子商务广泛和深入应用的层面,熟练掌握旅游电子商务的实务操作技能,大幅提升学生在电子商务时代的应用能力和创新能力;三是根据《旅游电子商务》课程的教学体系,包括理论和实践教学两部分。理论教学是基础,实践教学是保障,两者是协调统一、相辅相成的。实践教学部分就需要相应的模拟情境辅助完成,否则就成为“纸上谈兵”。
2.系统逻辑结构设计。作为旅游相关专业的学生,走上工作岗位主要是以旅游行业管理者的姿态出现,所以必须掌握电子商务时代旅游商务的组织、运作和管理。因此,系统的逻辑结构应包括:基本能力模块、实务操作模块和网络支撑模块。基本能力模块主要包括三部分:①计算机网络技术基础;②电子商务概念;③旅游电子商务的内涵与优势、旅游电子商务的体系与结构、旅游电子商务的流程与模式、旅游电子商务的作用与影响。实务操作模块主要包括五部分:行业电子商务平台;旅游电子商务网站策划与宣传;旅游目的地营销系统;旅游网络营销;旅游企业电子商务应用。网络支撑模块主要包括三部分:网络银行与网络支付;网络安全与安全技术;电子商务法律法规。系统逻辑结构中三模块的关系是:基本能力模块是基础,实务操作模块是核心,网络支撑模块是保障。该系统主要目的是让学生掌握实务操作模块中的技能,即如何进行旅游电子商务活动,所以实务操作模块是核心;而只有具备了基本能力模块要求的技能,才知道如何进行旅游电子商务活动,所以基本能力模块是基础;而网络支撑模块是完成旅游电子商务活动高效便捷和安全可靠的保障,所以网络支撑模块是保障。
3.系统物理结构设计。根据系统逻辑结构的设计,我校的《旅游电子商务》课程模拟实训系统主要由三种不同形式的子系统组成:一是教师根据教学需要自行开发的项目模块;二是借助互联网提供的免费平台;三是旅游电子商务模拟实训商业软件。其相对应的系统物理结构是:①基本能力模块包括的子项目:Internet协议(TCP/IP)属性设置、IE的设置与操作、电子邮箱的注册与电子邮件的收发、博客的注册与使用、QQ的注册与使用、搜索引擎的使用与操作、FTP文件传输的操作、网络论坛BBS的操作、注册电子商城会员并进行一次网络购物;②实务操作模块包括的子项目:访问典型旅游网站比较分析各自特点、携程网专业电子商务平台的使用、旅游网站的策划与推广、旅游目的地营销系统的使用、旅游网络营销工具运用、神州视景模拟导游实训、E游旅行社管理试用系统、旅游B2B模式体验:同程网、旅游B2C模式体验:同程网;③基本能力模块包括的子项目:个人网上银行账户的申请与网络支付、杀毒软件和防火墙的安装与使用、支付宝账户的申请与使用、个人数字证书的申请及使用。
三、模拟实训系统投入使用后的效果评价
近两年,《旅游电子商务》课程模拟实训系统在我校实践教学中投入使用后的统计结果见表1。从表1可以看出:三个模块评价为“好”的加权平均人数是44.9人,占总参评人数的11.34%;评价为“较好”的加权平均人数是287.1人,占总参评人数的72.68%;评价为“一般”的加权平均人数是63.0人,占总参评人数的15.95%。总体而言,该系统能满足目前《旅游电子商务》课程实践教学的需求。
二、PN结的失与得
PN结就是得与失的产物。P型半导体与N型半导体的交界面因多子极型以及浓度差别,形成多子扩散运动,N区的电子扩散到P区,P区的空穴扩散到N区,在交界区域原有的电中性被破坏,P区失去空穴留下了不能移动的杂质负离子,N区失去电子留下不能移动的杂质正离子。这些不能移动的带电粒子集中在P区与N区交界面附近,形成空间电荷区。空间电荷区的逐步建立削弱了多子的扩散,而增强了少子的漂移。当多子扩散运动与少子漂移运动保持一种动态平衡时,交界面形成稳定的空间电荷区,即PN结。两种不同极型的杂质半导体在交界面失去多子的过程,得到了一种导电性能独特于杂质半导体导电能力的介质,带来了半导体导电能力质的突变,这就是PN结的单向导电性,即正向偏置导通,反向偏置截止。复合的PN结,在制作工艺上的差别,分别有双极型晶体管与单极型晶体管。晶体管在合理偏置下导电性能表现了特有的控制性能,即电流控制型的双极型晶体管和电压控制型的单极型晶体管。
三、放大电路的得与失
晶体管器件在“合理偏置以及顺畅的交流通道”原则下就可以构建一个放大电路,一个微弱的输入信号从输入端引入,在输出端得到一个幅值足够的输出信号,表现了小幅度的模拟量通过放大电路后得到了大幅值的模拟量,淋漓尽致地表现出信号幅值放大的概念。殊不知,这种放大电路的“放大”理解是表面的,是片面的,只看到“得”的现象,而没看到“失”的本质。在放大电路中,工作电源不仅仅只是提供合理的偏置,更主要担负着能源作用。放大电路仅仅只是一个信号幅值变换的平台,微弱的输入信号能源通过晶体管的控制作用改变着工作电源在输出负载上的能量消耗。最常见的一个事例就是人们日常使用的收音机,收音机就是一个典型的放大电路。手持式收音机没有电池,不可能发声,装上电池后就可以接收电台信号,伴随听的时间与音量的大小,电池的消耗程度或使用时间就会不同。没有收音机,人们不可能感受到空中的电磁波能量,有了收音机而没有电源也听不到悦耳的音乐,电池能耗使用殆尽了也享受不了。所以,严格意义上的放大电路是一个能源控制电路,放大电路的本质是弱小能量对大能量的控制。放大电路表面上得到了信号的幅值增大,实质上消耗了电源电能。
四、差分电路的失与得
单级放大电路的放大能力是有限的,总期望多级放大。多级放大电路是由若干级单级放大电路所组成,这样单级放大电路之间就存在耦合关系,直接耦合是多级放大电路的典型结构形式,直接耦合的多级放大电路最突出的弊端就是零点漂移,零点漂移最核心的表现形式就是温漂,解决零点漂移最有效的手段就是差分电路。差分电路由两个特性完全一致的单级放大电路复合而成,表现在晶体管的特性一致,晶体管偏置电路器件参数一致。差分电路从理论到实用经历了三个演变,即基本式差分电路、长尾式差分电路、带恒流源的差分电路,这三个演变唯一不变的就是基本结构不变。通过电路分析不难得出结论,差分放大电路的差模增益与单级放大电路的增益是一样的,然而,差分电路的共模增益接近零,有较大的共模抑制比,可以很好地抑制温漂,而单级放大电路就无法解决温漂问题。第一级放大电路温漂决定了多级放大电路的温漂,所以,集成运放的第一级总是差分输入级。可见,差分电路通过“失去”硬件(增加结构等价的电路,增大电路成本),得到了对共模信号的抑制能力,而并不改变对差模信号的放大能力。
五、带宽增益积的得与失
考核放大电路的性能表现在增益、峰峰值、输入电阻、输出电阻、带宽、失真度、输出功率与效率等参数中,它们取决于放大电路组态、晶体管特性、电源以及应用的方式。在放大电路的时域分析过程中,总是期望放大电路的放大倍数越大越好,一级放大能力不够就采取多级放大,以提高放大增益;在放大电路的频域分析过程中,总是期望放大电路有很小的下限频率和很大的上限频率,频率响应范围越宽越好,即带宽值越大越好。带宽是上限频率与下限频率的差值,提高带宽的有限手段就是尽可能提高放大电路的上限频率值。通过电路的频域分析可以发现,提高上限频率与提高放大电路的增益是矛盾的,一旦当放大电路的晶体管选定之后,带宽与增益之积是一个常数,放大电路的放大倍数增大几倍,相应地该电路的带宽就会减小几倍,实际中,既要提高放大电路的增益又要扩展放大电路的带宽,总是选取基区体电阻小、发射结与集电结电容效应小的高频放大管。可见,放大电路带宽增益积概念表现了得与失的理念,欲想得到较大的增益,必然失去频率响应的范围。
六、反馈放大电路的得与失
反馈是自动控制的一个重要概念,反馈放大电路是提高放大电路放大性能的重要手段,在电子技术应用中运用极为普遍。负反馈放大电路中,输出信号部分或全部反送到输入端削弱输入信号,使得闭环增益相对开环增益减小了反馈深度倍,表面上损失了放大电路的增益,然而,对放大电路的其他性能技术指标得到了极大的改善,表现在增益的稳定性得到了提高;环内的噪声干扰抑制能力以及非线性失真得到了改善;电路的带宽得到了扩展;输入电阻与输出电阻得到了相应的改善。如电压串联负反馈放大电路,增大了输入电阻,有助于电压输入信号的放大;减少了输出电阻,有利于输出电压的稳定性。正反馈放大电路中,输出信号部分或全部反送到输入端增强输入信号,闭环增益相对开环增益进一步增大,这是信号发生电路扰动起振的必然要求。信号发生器不会有输入信号或者说就是一个零输入电路,电路接通电源瞬间形成电路换路情形,通过正反馈选频网络(RC或LC选频网络)把输出端的信号有频率选择性地反送到输入端不断放大,这种无止境的放大也必然带来输出信号的非线性失真,所以在电路中为了防止输出信号的非线性失真,总是需要设置输出稳幅网络。可见,信号发生电路由放大电路、正反馈选频网络、稳幅网络三部分组成。稳幅的有效措施就是负反馈,所以,信号发生电路必须维持正反馈特性与负反馈特性的动态平衡。负反馈放大电路失去了增益,得到了电路性能技术指标的改善;正反馈放大电路得到了增益的“膨胀”,失去了输出信号的线性度,实际中为了挽回这种“失”,再次引入负反馈特性。
项目教学法一般建立在建构主义学习理论基础上,为达到教学目的由学生和教师通过共同完成一个完整项目,通过项目完成情况来实现教学目的.可以说项目教学法既是一种教学方法又是一种课程体系新模式.
1.2项目教学法的特点、优点
项目教学法与其他教学方法相比较根本特点在于以项目为主线,教师为主导,学生为主体.教师满堂灌的传统教学方法得到改变,创造了一种学生主动参与、自主协助与探究创新的新型教学模式.项目教学法与传统教学方法相比,传统教学方法理论课多,实验课比较少,实验彼此独立的验证某个知识点,这样势必会使得学生理论知识与实践技能不能较好的融合,教学效果差.项目教学法打破验证实验传统教学方法,从项目入手,通过学生思考、设计、制作、讨论,再结合教师对项目讲解与指导,学生完成作品,从这个过程中学习新知识,为完成某个功能而结合与运用知识,收获成功喜悦.
1.3教学项目确立
教学项目的确立是在通过社会岗位需求、调查和专业培养目标的基础上,不断反复实践,让知识与技能的系统结合起来,形成了项目教学课程体系.教学项目要包含尽可能多教学知识点,紧密结合专业发展方向,并尽可能自然地结合以前所学过多项知识点.考虑到学生的实际水平,每个项目难易程度适中,在此项目基础上有弹性创新,学生的学习兴趣得到提高.担任项目教学教师在开展项目教学前做了充分准备,既要考虑专业发展方向又要考虑项目的趣味性,细分每个项目层次,融入细节,这样理论知识点与技能提高才不会相悖.项目的设计使学生们更容易掌握课程中的教学难点与重点,专业知识更加扎实.一般我们将每个项目分为项目介绍、项目理论知识、项目设计方案与分析、项目制作与调试、项目思考与项目报告等六个部分.项目介绍使同学明白项目目标与工作任务及应用范围,在听得过程中发散思维,拓展应用范围和技术改进.项目理论知识介绍,即将开展具体项目实施之前,教师可以引导学生学习新的知识点和提出一个项目设计方法.项目设计方案与分析部分,每个项目组学生分工合作,通过课余时间查找资料来完成系统框架,设计仿真.对于过程中的问题,教师与同学们听每组同学代表介绍,通过教师与项目组同学共同讨论,使学生成为项目的主角,完成项目理论设计并仿真,同学在提出方案到总结方案的过程中消化专业知识.接下来进行项目制作与调试,对同学们在项目完成过程中遇到问题,教师不断与同学检查、指导、沟通,使同学们对项目遇到问题思考、解决,完成项目.最后为巩固专业知识必须对项目提出改进措施,撰写项目报告书。
2项目教学方法的实施
模拟电子技术这门课与高等数学有很大区别,很多同学数学成绩不错,而学这门课觉得很难,关键在于他们把这门课当作一门纯理论课来学习,理论与实践不能结合,所以学好这门课,要求不仅要掌握较好的理论知识,而且还要把所学知识应用实践中去,并在实践环节不断发现问题、分析问题与解决问题,这样专业技能才能有较大的提升,所以我们在项目的实施过程中首先考虑将教科书改变为辅导书,实验室和图书馆为学习课堂,教师与学生探讨交流始终在项目完成过程.通过这些改变来实施具体设计的项目,提高学生理论与实践技能水平.
2.1制定项目实施计划
教师在实施教学项目前要深入研究这个项目所涉及的专业知识点与技能点,通过实践能将知识点融入到技能中,区分各个知识点之间的关系和彼此联系,促进学生解决学习与工作中遇到问题,培养创新能力.例如结合广播电视技术专业人才培养目标我们设计了———小功率调频发射机设计与制作项目,考虑到运用的知识点,我们把知识点划分为几个子项目:LC调频振荡电路设计、缓冲隔离级设计、功率激励设计、末级功放设计等,把这几个子项目合起来组成小功率调频发射机.每个子项目学生整理设计思路,仿真,制作.当然过程中会遇到问题但探讨中问题会得到解决思路.整个过程学生积极参加,动手动脑,互助互学,学习兴趣明显增强,知识点融会贯通,专业技能在过程中提高.
2.2项目实施计划
为了学生能实施项目目标,理论联系实际,充分利用实验室教学设备,实验室变成了课堂,学生学完新的知识点,可以边理论设计边动手实践,学生手脑并用,更快理解知识点.一个项目不是一两个知识点就能完成的,所以一个项目有很多分支组成,分支之间内容衔接紧密,知识点相互渗透,通过一个个分支子项目的完成,最后完成整个项目的学习.例如小功率调频发射机设计与制作项目,在所有的子项目中,提出项目要求,学生通过教师传授的知识点,通过分析、思考,然后查找资料相互探讨来设计或完成各个子项目任务,每个子项目完成后,由学生讲解设计电路原理,分享收获知识,总结本项目意义,通过总结找到自己项目不足.最后根据教师提出小功率调频发射机项目要求,学生将所学子项目联系起来,通过信息手段仿真,制作设计项目.在项目制作完成后,先由项目组学生介绍电路实现功能,分享自己所学会知识,通过总结使学生找到理论与实践的不足,在展示项目时,一部分学生可以很好实现设计功能,并有了好的创新思路,继续思考与完善.而另一部分可能会遇到一些问题,教师与学生一起分析问题,找到解决问题的办法.教师在整个项目完成过程中细心观察是不可缺少的,能发现学生优点与缺点,通过学生个性改变,增强与人沟通能力与团队合作精神,适合专业发展需要,使学生综合素质得到提高.最后书写项目报告,并做到规范化.
3项目考核与评价
教学项目的考核与评价体系检验学生能否达到预期项目教学目标,培养学生的竞争意识.一方面根据项目完成阶段预设阶段目标,通过学生对教学项目完成过程与效果进行总结,制定相适应的考核体系,另一方面通过教师评价、学生自评、互评等评价学生表现,两方面结合完成项目最终考核。
2独立学院模拟电子技术课程项目化教学改革
为了满足独立学院将学生培养成为应用型人才的目标,借鉴职业教育理念,我们准备对模拟电子技术课程进行项目化教学改革,目的是将传统意义下的模拟电子技术课程知识进行解构、整合、序化,加入电子工艺学知识,配合课程实验、课程设计项目,按照“做中学,学中做,递进交互”的教学理念,以行业和岗位需求为导向,以培养学生的实践技能为主线,以具体的电路产品为载体,实施项目化教学,一步步提升学生的专业实践能力。
2.1项目化教学目标的分析
根据项目化教学要求,以社会就业行业和岗位需求为导向,通过对独立学院往届电信和通信相关专业的毕业生及其就业单位企业、工作需求市场进行调研,分析其就业岗位,总结出主要的职业岗位群;然后通过分析各种岗位群对模电课程相关内容的要求,确立独立学院模拟电子技术课程的知识要求、能力要求及素质目标。
2.2项目化教学理念与思路的确立
根据项目化教学要求,以生活中具体的电路产品为载体,探索基于工作过程的课程开发与设计,通过分析真实产品的生产流程,以培养学生的实践技能为主线,以职业资格标准为参照来开发和设计模拟电子技术项目化教学中合适的项目,实施行动导向的项目式教学方法,使学生在获取知识、提高实践能力的同时,获得再学习能力和职业技术能力。
2.3项目化教学课程内容新体系的构建
模拟电子技术项目化教学中,课程内容和体系改革是课程建设的核心。本课程在进行教学的时候,应考虑哪些知识是进行项目所需的基础,或者项目进行过程中关键点所在。课程内容选取遵循独立学院教育的基本规律,基于行动优先原则,针对独立学院电信和通信类专业培养目标及学生就业岗位需求,以职业能力培养为重点,根据职业岗位的任职要求,构建新的教学做一体化课程内容体系。根据课程教学的需要,将教学内容划分为两个大的模块。基础模块:包括基本器件和基本放大电路。在教学过程中,突出应用,以电子产品实例为载体,使学生掌握模电基本知识点、基本放大电路的分析和设计方法。这个模块应该强调基础,支撑后续课程的学习,培养学生的学习兴趣。实用模块:包括集成运放电路和应用模块。通过该模块的学习,基本掌握实用模拟电子系统分析、计算、调试、检测、设计的能力。教学过程中知识应该精炼,教学内容及时更新,尽量与实际岗位工作要求相符,更好地培养学生的应用能力和实践能力。
2.4项目化教学方法与手段的设计
对课程进行基于行动导向的教学改革与实践。实践课程中选取多个项目,根据项目重新整理课程内容,将原模拟电子技术课程理论教学与实践教学有机融合到这些制作项目中,通过完成产品组件的分析、制作与调试等综合性学习任务,使教学内容更加丰富、直观,更加贴近工程实际。理论教学主要采用以下方式:(1)“精讲+演示”的教学方式,通过各个具体项目的实物电路呈现,使学生最直观地认识电子产品的设计、制作与调试等相关知识,通过应用实例启发学生兴趣、举一反三。(2)根据学习情境和教学对象的特点,灵活运用基于行动导向的多种教学方法,通过多媒体课件、动画演示、课程学习网站及基于Protel、Proteus、EWB、Multisim的软件测试等多种现代化教学手段。将传统教学手段与现代教学手段紧密结合,增强教学内容的动感和趣味性,从而实现更生动的教学模式。(3)引导学生使用相关软件工具分析和设计电子电路、重视课后答疑并及时组织习题讨论课,引导学生进行研究性的学习,鼓励学生大胆提出问题、研究解决问题的途径和方法。实践教学主要采用以下方式:(1)基础实验:“模拟电子技术实验”。学生通过实际元器件的识别和基本电路的测试等训练,对基本放大电路、差分放大电路、功率放大电路、集成运放电路等相关电路的性能有了更进一步的认识和理解。基础实验的具体目标是使学生从枯燥的理论知识和乏味的实验箱操作回归实际,让学生对实际元器件和电路进行感性认识,并在此基础上培养他们识图、识器件的基本能力以及实际电路调试能力,加强理论和实际的结合。(2)提高性实训:“专业实训”和“电子工艺实训”。完成Protel、Proteus等电子相关软件的学习,指导学生利用软件完成功能较为简单的电路的分析与设计。要求学生利用仿真软件绘制原理图,利用软件中的函数发生器、示波器、万用表等虚拟仪器仿真。通过仿真,及时修改电路中出现的错误,经过反复调试、修改,确定电路参数、验证电路设计的正确性,直到电路仿真通过,达到设计要求。根据仿真成功的电路确定具体电路。然后要求学生利用实验室提供的元器件和工具,自己焊接电路板,并进行调试。(3)综合性设计:“模拟电子技术课程设计”。①为了更好地灵活应用所学的理论知识,将实际结合到理论中去,在广泛调研的基础上,依据工作任务分析,以小型的电子产品组件的制作、调试作为能力培养的主线,教师确定多个项目任务,每个项目囊括较多的模拟电路知识点。②要求学生选取项目任务,根据教师下达的任务和要求,讨论系统的规范与功能,并提出系统框图。③将框图具体电路细化,利用理论知识,针对实际要求,完成电路的设计。④利用软件仿真来确定设计电路元器件的参数,验证电路的正确性。⑤根据设计电路,学生列出元器件采购清单,要求亲自到市场调研采购,并结合成本考虑,采购元器件。⑥学生通过自己搭接或焊接电路、测试电路性能,最终设计方案实现。⑦设计完成之后,学生必须参加项目答辩,完成设计报告。