国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

仿真驅(qū)動理論學(xué)習(xí)模式在《模擬電子技術(shù)》教學(xué)中的應(yīng)用

2018-04-19 01:45:59李弘楠祝曉霞
關(guān)鍵詞:模擬電子技術(shù)實(shí)例電路

嚴(yán) 瓊,李弘楠,祝曉霞

(1.2.3.福建江夏學(xué)院電子信息科學(xué)學(xué)院,福建福州,350108)

《模擬電子技術(shù)》課程是電子信息、電氣自動化等專業(yè)學(xué)生的必修基礎(chǔ)課,在本科生課程體系中起到承上啟下的作用,影響著學(xué)生的工程實(shí)踐能力。本文提出仿真驅(qū)動理論學(xué)習(xí)模式,力求實(shí)現(xiàn)課堂由灌輸式“重知輕行”向探究式“知行合一”的轉(zhuǎn)變,增強(qiáng)課程的教學(xué)效果,激發(fā)學(xué)生的主動性和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

一、課程現(xiàn)狀及傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

傳統(tǒng)的《模擬電子技術(shù)》課程的理論部分是教師講授、學(xué)生被動接受的模式,實(shí)驗(yàn)部分是教師演示、學(xué)生模仿和驗(yàn)證的模式。該模式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,使學(xué)生在課堂上難以集中注意力。同時(shí),課程的入門難度高,而學(xué)生很少會在課后時(shí)間主動去提取知識點(diǎn)的主要脈絡(luò)并深入思考,因此很難達(dá)到理想的教學(xué)效果。課程現(xiàn)狀及傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題總結(jié)如表1所示:

表1 課程現(xiàn)狀及傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

一方面,在當(dāng)前教學(xué)模式下,對電路的原理和工作機(jī)制等知識點(diǎn)只靠概念和公式強(qiáng)化記憶,沒有涉及電路的實(shí)際參數(shù)折衷設(shè)計(jì)和產(chǎn)品應(yīng)用。學(xué)生雖然能夠通過課程培養(yǎng)理論分析能力,卻不會設(shè)計(jì)實(shí)際電路,不能達(dá)到應(yīng)用型本科院校對“復(fù)合性、創(chuàng)新性、應(yīng)用型”人才的要求。另一方面,傳統(tǒng)的考核只有期末試卷,導(dǎo)致部分學(xué)生平時(shí)不學(xué)習(xí)積累,僅靠考前突擊應(yīng)對,實(shí)際教學(xué)效果不佳。因此,應(yīng)將考核融入學(xué)習(xí)過程中,[1]弱化期末卷面考試,強(qiáng)化平時(shí)表現(xiàn)的評價(jià),更好地引導(dǎo)學(xué)生積極學(xué)習(xí)。

二、授課知識點(diǎn)占比

國外高校在電子學(xué)科一直處于強(qiáng)勢地位,其優(yōu)秀教材,如Thomas L編寫的《Foundations of Analog Circuits》、Sedra編寫的《Microelectronic Circuits》、Allan編寫的《Electronics》等安排的學(xué)時(shí)均比國內(nèi)教材多。例如,《Microelectronic Circuits》建議授課安排兩學(xué)期,每學(xué)期40~50學(xué)時(shí)。[2]當(dāng)前有限的學(xué)時(shí)(48學(xué)時(shí))緊張,因此要對教學(xué)內(nèi)容有所側(cè)重。結(jié)合業(yè)界發(fā)展調(diào)整授課知識點(diǎn)占比:一方面,結(jié)合BJT與MOS管的工藝發(fā)展趨勢,教學(xué)中需要增加MOS管電路設(shè)計(jì)的占比,弱化BJT電路的分析;另一方面,縮減分立元件部分的知識點(diǎn),加大集成運(yùn)放部分的學(xué)時(shí)比重。

(一)分立器件部分以大電流、高速、高反壓功率器件為重

未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分立器件的發(fā)展方向是:在結(jié)構(gòu)上向復(fù)合型、模塊化發(fā)展,在性能上向大電流、高速、高反壓功率半導(dǎo)體分立器件發(fā)展。而《模擬電子技術(shù)》課程中與分立器件相關(guān)的知識點(diǎn)包括:單管放大電路、多級放大電路、差分式放大電路、功率放大電路。因此,應(yīng)該加大功率放大電路的內(nèi)容比重,擴(kuò)展大電流、高速、高反壓功率器件的知識點(diǎn)。

(二)集成電路部分?jǐn)U充運(yùn)放的設(shè)計(jì)

2015年,隨著《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》等一系列政策的實(shí)施,中國集成電路產(chǎn)業(yè)呈爆發(fā)式飛速增長。如圖1所示,設(shè)計(jì)、制造、封測3個(gè)產(chǎn)業(yè)銷售額持續(xù)增長,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)更加合理化:設(shè)計(jì)業(yè)和制造業(yè)逐步超越封測。

圖1 2014—2015年中國集成電路產(chǎn)業(yè)各產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)銷售收入及增長

2015年,我國IC從業(yè)人數(shù)39.4萬人,預(yù)計(jì)到2020年從業(yè)人數(shù)將達(dá)79.2萬人。專業(yè)人才缺口越來越大,因此授課中應(yīng)擴(kuò)充運(yùn)放設(shè)計(jì)方面的知識,具體設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。集成運(yùn)放的設(shè)計(jì)首先應(yīng)考慮各種參數(shù)之間的折衷,同時(shí)兼顧噪聲、串?dāng)_、二級效應(yīng)、穩(wěn)定性及頻率補(bǔ)償?shù)取?/p>

圖2 集成運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)

(三)擴(kuò)充BJT與MOS管的工藝發(fā)展

運(yùn)放的工藝決定了運(yùn)放的一些性能參數(shù)。其中,輸入失調(diào)電壓及其漂移、輸入偏置電流及其漂移對運(yùn)放的影響最為直觀,具體如表2所示:

表2 運(yùn)放的工藝與性能參數(shù)

表2中列出了4種工藝的對比,包括:結(jié)型場效應(yīng)管JFET、互補(bǔ)金屬氧化物CMOS管、絕緣隔離場效應(yīng)管DiFET。其中,JFET工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)注意控制溫度,因?yàn)楣茏悠秒娏鲿S溫度升高而翻倍增長。CMOS是軌到軌輸出運(yùn)放,也稱為滿幅運(yùn)放,它的自歸零(Auto-Zero)技術(shù)大幅降低了運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓,零交越失真(Zero-Crossover)和零溫漂(Zero-Drift)技術(shù)抑制了運(yùn)放的失真和溫漂。絕緣隔離FET的寄生電容、晶體管飽和效應(yīng)、輸入泄漏IIB都很低,因此具有較好的帶寬和更大的輸出擺幅,然而其受限于復(fù)雜的工藝(價(jià)格昂貴)。以德州儀器(TI)和意法半導(dǎo)體(ST)的運(yùn)放為例,分析不同工藝的發(fā)展趨勢,[3]如圖3所示:

圖3 運(yùn)放的不同工藝新品占比趨勢

可以看出,CMOS正超越BJT成為業(yè)界主流工藝。因此,教學(xué)上應(yīng)該增加“場效應(yīng)管及其基本放大電路”的內(nèi)容,適當(dāng)縮略“晶體三極管及其基本放大電路”的內(nèi)容,更好地引導(dǎo)學(xué)生了解業(yè)界最新動態(tài)、將理論知識與工程應(yīng)用緊密地聯(lián)系起來。

三、仿真驅(qū)動理論學(xué)習(xí)模式

結(jié)合《模擬電子技術(shù)》這一專業(yè)基礎(chǔ)課的特點(diǎn)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),提出仿真驅(qū)動理論學(xué)習(xí)方法,將“灌輸式”知識點(diǎn)轉(zhuǎn)向“探究式”仿真實(shí)例,[4,5]以提升教學(xué)效果。首先,與生活緊密聯(lián)系的案例使課堂教學(xué)充滿生機(jī)與趣味,加深學(xué)生對知識的印象;其次,通過仿真案例的任務(wù)分配將考核融入學(xué)習(xí)過程中,杜絕考前突擊的現(xiàn)象,督促學(xué)生平時(shí)多學(xué)習(xí)積累;最后,仿真的引入強(qiáng)化了理論與實(shí)踐的聯(lián)系,促使學(xué)生主動地學(xué)習(xí)運(yùn)用模電理論知識來解決工程應(yīng)用問題,提高學(xué)生分析問題和學(xué)以致用的能力。

(一)設(shè)計(jì)仿真實(shí)例

仿真實(shí)例的設(shè)計(jì),要求教師能夠熟練地運(yùn)用理論知識,結(jié)合自身充足的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),來激發(fā)和挖掘?qū)W生的實(shí)踐潛能。

第一,緊密聯(lián)系生活。教師在設(shè)計(jì)仿真實(shí)例時(shí)需要反復(fù)斟酌,盡量從學(xué)生的實(shí)際生活中提煉相關(guān)的趣味且實(shí)用型電子產(chǎn)品,作為相應(yīng)知識點(diǎn)的載體,如表3所示:

表3 仿真實(shí)例與知識點(diǎn)

可以看出,仿真實(shí)例都來自于日常生活。這樣在一定程度上可以避免學(xué)生在抽象、枯燥的理論知識中失去學(xué)習(xí)興趣,使其感受到學(xué)以致用的樂趣,找到課程知識的用武之地,激發(fā)學(xué)習(xí)主動性、探究性和創(chuàng)新實(shí)踐能力,增強(qiáng)課程的教學(xué)效果。

第二,以能力為本位,因材施教。為了避免打擊學(xué)生的積極性,降低課程的入門難度,仿真實(shí)例的設(shè)計(jì)不宜難度太高,應(yīng)該以人為本,以確保仿真驅(qū)動理論學(xué)習(xí)模式的順利實(shí)施。同時(shí),教學(xué)過程中,教師應(yīng)及時(shí)聽取學(xué)生的反饋建議,不斷探索,不斷改進(jìn)。設(shè)計(jì)的仿真實(shí)例可按難度系數(shù)階梯式分布,由淺入深,不同層次的學(xué)生可以有不同的選擇范圍。這樣因材施教的模式,既照顧基礎(chǔ)薄弱的同學(xué),又充分考慮學(xué)生的興趣導(dǎo)向,保證每個(gè)學(xué)生都能順利完成設(shè)計(jì)、調(diào)試,最大限度地發(fā)揮自身的探究性和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

(二)仿真實(shí)例的輔助軟件

第一,課堂上的動態(tài)直觀性。在課堂上利用Multisim、Proteus等虛擬儀器,[6]模擬實(shí)際電路的搭建及設(shè)計(jì),學(xué)生可以隨時(shí)觀察輸入和輸出的時(shí)域波形、頻域譜線。在授課中,教師通過改變電路各參數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),將抽象理論轉(zhuǎn)換為動態(tài)的直觀形象的波形、譜線,并為學(xué)生進(jìn)行演示,讓學(xué)生感性認(rèn)識電路的變化過程,降低理解難度,縮短掌握知識點(diǎn)的時(shí)間,提高課堂效率。

第二,時(shí)間和空間上的拓展性。仿真驅(qū)動理論學(xué)習(xí)模式能夠避免教學(xué)中學(xué)生申請實(shí)驗(yàn)室困難、實(shí)驗(yàn)箱硬件電路固定不可調(diào)、元件損耗大的問題,克服時(shí)間和空間上的局限性。學(xué)生可以利用課外時(shí)間,在宿舍、圖書館隨時(shí)隨地進(jìn)行仿真,擴(kuò)充課堂知識,實(shí)現(xiàn)探究式“知行合一”的實(shí)踐。

靜態(tài)工作點(diǎn)、瞬時(shí)分析、小信號分析和參數(shù)掃描是《模擬電子技術(shù)》課程的重中之重,表4列出了Multisim、Proteus的常用仿真功能:[7]

表4 Protel Mixed Sim與Multisim仿真

如表4所示,Protel Mixed Sim與Multisim仿真操作相似。以Protel Mixed Sim混合仿真為例,分析電路時(shí)執(zhí)行工作點(diǎn)分析(Operating Point Analysis)和瞬時(shí)分析(Transient Analysis)、交流小信號分析(AC SmallSignal Analysis)或參數(shù)掃描分析(Parameter Analysis)等仿真功能。使用軟件時(shí),要求學(xué)生熟悉Multisim、Proteus等虛擬儀器的操作界面,明確選取元器件時(shí)的注意事項(xiàng),掌握原理圖設(shè)計(jì)、布局、調(diào)試、PCB 設(shè)計(jì)等操作,為今后的課程設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)、就業(yè)打下厚實(shí)的基礎(chǔ)。

(三)仿真實(shí)例的教學(xué)

1.引出授課內(nèi)容

教師在課堂上提出仿真實(shí)例作為相應(yīng)知識點(diǎn)的載體,將“灌輸式”知識點(diǎn)轉(zhuǎn)向“探究式”仿真實(shí)例,引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)例所涉及的知識點(diǎn),以此引出授課內(nèi)容。一方面,幫助抽象思維能力欠佳的學(xué)生更形象地了解電路;另一方面,促使學(xué)生帶著目標(biāo)去學(xué)習(xí),積極主動地運(yùn)用模電理論知識來解決工程應(yīng)用問題。學(xué)生感到學(xué)有所得,學(xué)有所用,上課更有激情、更加投入,課堂效率大有提高。

2.電路拆分成子單元

實(shí)施案例仿真前,教師首先講解各仿真實(shí)例對應(yīng)的知識點(diǎn)。例如,汽車的玻璃除霜實(shí)例對應(yīng)電阻電路的設(shè)計(jì);音頻信號放大器對應(yīng)放大電路的帶寬和負(fù)載設(shè)計(jì);電子生日蠟燭對應(yīng)雙穩(wěn)觸發(fā)電路,熱敏電阻的阻值影響三極管集電極和基極的壓降,使由三極管構(gòu)成的雙穩(wěn)電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

之后,教師再指導(dǎo)學(xué)生將各實(shí)例電路拆分成子單元,以直流穩(wěn)壓電源為例,如圖4所示:

圖4 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)框圖

圖4中將直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)分解為變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓4個(gè)子電路。電路的拆分有助于學(xué)生進(jìn)一步理解仿真案例,一定程度上降低學(xué)習(xí)難度。仿真實(shí)例由學(xué)生分組合作完成,每個(gè)成員設(shè)計(jì)一個(gè)子電路。學(xué)生通過圖書館和網(wǎng)絡(luò)資源來搜集相關(guān)資料、利用Multisim、Proteus等虛擬儀器,搭建并設(shè)計(jì)電路。

3.探究電路

教師將仿真案例作為學(xué)生的課外仿真作業(yè),如講授放大器時(shí)布置學(xué)生設(shè)計(jì)脈搏信號放大器或微弱信號檢測電路等。學(xué)生分組合作,撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告,通過答辯的形式互相交流,完善已有的知識,培養(yǎng)探究電路的興趣。

在運(yùn)用模電理論知識來解決工程應(yīng)用問題的過程中,學(xué)生慢慢學(xué)會將課本的精確計(jì)算的思維轉(zhuǎn)換為工程上的近似估算思維模式。近似估算一方面可以簡化電路模型,節(jié)省繁瑣的計(jì)算時(shí)間;另一方面可以突出設(shè)計(jì)中的主要指標(biāo),便于調(diào)試時(shí)候排查電路故障。

豐富的仿真案例不僅能夠鍛煉學(xué)生設(shè)計(jì)電路的能力,同時(shí)也為學(xué)生的創(chuàng)新思維提供更廣的發(fā)揮空間,為后續(xù)課程的延伸打下更厚實(shí)的基礎(chǔ)。仿真案例由簡單到復(fù)雜,符合學(xué)生理性認(rèn)知的過程,也降低理解難度,提升學(xué)生就業(yè)后的崗位適應(yīng)能力。

參考文獻(xiàn):

[1] 李雪梅."模擬電子技術(shù)"課程教學(xué)模式的改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2015,37(2):35-37.

[2] Adel S. Sedra,Keneth C.Smith.Microelectronic Circuits 6th ed[M].New York:Oxford Univesity Press,2009.

[3] 張林,鄧天平."模擬電子技術(shù)"課程教學(xué)內(nèi)容改革探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2015,37(2):14-16.

[4] 華成英,王紅,葉朝輝.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程研究型教學(xué)模式的探索與實(shí)踐[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2011,21(4):41-43.

[5] 趙偉強(qiáng),沈紅衛(wèi),魏佩敏,等.項(xiàng)目驅(qū)動團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)模式在工科電類課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào),2014,34(12):5-8.

[6] 侯向鋒,周兆豐.Proteus在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,32(4):114-118.

[7] 鄧天平,張林."電路"和"模擬電子技術(shù)"課程教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2015,37(4):21-23.

猜你喜歡
模擬電子技術(shù)實(shí)例電路
電路的保護(hù)
解讀電路
巧用立創(chuàng)EDA軟件和Altium Designer軟件設(shè)計(jì)電路
電子制作(2019年24期)2019-02-23 13:22:20
基于MATLAB模擬混沌電路
電子制作(2018年17期)2018-09-28 01:56:44
Multisim10對單管共射放大電路的仿真與研究
基于Xenserver的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)
關(guān)于語音放大器的識圖
淺談中職《模擬電子技術(shù)》課程教學(xué)改革
考試周刊(2016年38期)2016-06-12 15:30:08
完形填空Ⅱ
完形填空Ⅰ
张掖市| 瑞安市| 涟源市| 乌拉特前旗| 修水县| 阜康市| 临泉县| 雅安市| 黑山县| 英德市| 楚雄市| 兴安盟| 东源县| 甘洛县| 蒲城县| 石阡县| 望谟县| 九龙县| 湄潭县| 甘洛县| 西充县| 洛阳市| 青州市| 溧阳市| 旅游| 深泽县| 霸州市| 揭东县| 清水河县| 喜德县| 高平市| 乡城县| 怀仁县| 株洲县| 巍山| 辽阳县| 盐边县| 永昌县| 紫金县| 新郑市| 邵武市|