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引言
專用移動通信平臺(EspecialMobilePlatform),簡稱EMP,是專門為特殊用戶設計的,EMP可以使這些用戶充分利用現有的蜂窩移動通信網的網絡資源來傳輸他們的業務,從而節省了重新建網的費用和時間。EMP要求體積小,重量輕,功耗小,供電靈活,適應車載,具備“動中通信”條件,能適應部隊、武警、公安、交通等部門和行業的使用需求。在EMP中常同時需要5V,3.3V,15V,以及可調的多路小功率直流電源以滿足數據,語音,傳真,短消息,全球定位等業務的需要。我們采用MAX1715設計了EMP的供電電路很好地滿足了用戶的需求。
1MAX1715的工作模式
MAX1715中的MAXIM專有技術——快速PWM脈寬控制,是為寬輸入輸出電壓比,負載快速變化時保持工作頻率和電感工作點不變而設計的。快速PWM脈寬控制克服了電流模式控制中,固定頻率控制帶來的負載瞬態響應差的問題,并且克服了傳統的常開通時間和常關閉時間的大范圍變頻PWM控制帶來的問題。MAX1715還提供100ns常開通時間,從而在負載響應時保持相對穩定的開關頻率。
如圖1所示,快速PWM脈寬控制是一個偽固定頻率,具有電壓前饋控制的常開通時間電流模式控制。它依靠輸出濾波電容的ESR做電流檢測電阻,輸出紋波電壓提供PWM坡度信號。控制算法比較簡單:上面開關的開通時間只是由一個單穩態電路來決定,該單穩態電路的工作期和輸入電壓成反比,而和輸出電壓成正比。另外一個單穩態電路設定最小的關斷時間(典型值是400ns)。如果誤差比較器輸出低,開通時間單穩態電路被觸發。
MAX1715的PWM控制器具有自動的脈寬跳變模式和強制PWM模式兩種工作模式。
1.1自動的脈寬跳變模式
對于跳變模式(脈寬跳變控制端SKIP置低,見圖2),輕載時MAX1715自動由PWM控制跳變到PFM控制,這種跳變由一個比較器來決定,在電感電流過零時,該比較器截斷了下端開關的開通時間。這種控制方式使脈寬跳變到PFM運行和脈寬不跳變的PWM運行的轉折點對應于連續和不連續的電感電流轉折點。這個轉折點和蓄電池電壓的關系不大,對于7V到24V的蓄電池電壓,這個轉折點基本保持不變。如果使用軟飽和電感,PWM到PFM的轉折點電流更小。
因為輕載時脈寬跳變,開關波形可能出現噪聲和不同步,但是效率高。要在PFM噪聲和效率間達到平衡就要改變電感值。通常,低電感值(假定線圈電阻保持恒定)在負載曲線中可以得到更寬的高效范圍;高電感值在重載時效率高(假設線圈電阻恒定)并且輸出紋波小。高電感值還意味著體積更大,和降低負載瞬態響應(尤其是在低輸入電壓時)。
圖1MAX1715的快速寬控制邏輯圖
直流輸出的準確性由跟蹤誤差的水平來決定,電感電流連續時要比不連續時對紋波的調整性要高50%。電感電流不連續時如果有斜坡補償,則直流電壓的調整率還可以提高1.5%。
1.2強制PWM模式
在低噪聲的強制PWM模式時,控制下端開關開通時間的過零比較器不工作。這使下端開關的波形和上端開關的波形互補。因為,PWM環要保持占空比為VOUT/VIN,所以,輕載時電感電流反向。強制PWM模式的好處是保持頻率為常數,壞處是空載時電池電流有10mA到40mA,這由外部MOSFET決定。
強制PWM模式對提高負載瞬態響應,減小音頻噪聲很有好處,還能提高動態輸出電壓調整時所需的吸收電流能力,提高多路輸出時的調整能力。
2MAX1715的參數計算
我們設計的移動通信平臺電路參數如下:
輸入電壓VIN=8~14.5V;
輸出電壓VOUT1=3.3V,VOUT2=5V;
蓄電池5×1.2V=6V,容量為2.8A·h;
紋波系數LIR=0.35;
負載電流3A;
開關頻率第一路345kHz,第二路255kHz;
MOS管IRF7313,導通電阻RDS=0.032Ω,最大導通電阻RDS(MAX)=0.046Ω,VDSS=30V,CRSS=130pF。
在確定開關頻率和電感工作點(紋波比率)前,先確定輸入電壓范圍和最大負載電流。尖峰負載電流會對元器件的瞬態應力和濾波要求產生影響,并因此決定了輸出電容選擇,電感飽和率和限流電路的設計。連續負載電流決定了溫度應力,并因此決定了輸入電容及MOSFET的選擇和其他要考慮熱效應的器件的選擇。一般設計連續負載電流是尖峰負載電流的80%。
電感工作點也是效率和體積的折中,最小的最優電感使電路工作在導通關鍵點的邊際(每個周期在最大負載電流時,電感電流剛好過零)。MAX1715的脈寬跳變算法在每個關鍵導通點啟動跳變模式。所以,電感的運行點也決定了PFM/PWM模式轉換的負載電流。最優的點是20%到50%電感電流間,所以,我們取LIR為0.35。
2.1電感選擇
開關頻率和電感運行點〔紋波(%)即紋波系數LIR〕決定了電感值,電感的直流電阻要小,以減小電感的損耗。最好選擇鐵心電感,并且磁芯要足夠大,以保證在尖峰電感電流時不會飽和。低電感值使電感電流上升較快,在負載突變時補充輸出濾波電容上的電荷,瞬態響應快。
第一種輸出的電感為L1(對應圖2中的L8),第二路輸出的電感為L2(對應圖2中的L9),當VIN取10V時其計算值如下:
L1=VOUT1(VIN-VOUT1)/VIS×f×LIR×ILOAD(MAX)
=[3.3(10-3.3)]/[10×345×103×0.35(3/0.8)]
=4.88μH
取標稱值6.8μH;
L2=VOUT2(VIN-VOUT2)/[VIN×f×LIR×ILOAD(MAX)]=
=7.47μH
取標稱值6.8μH。
IPEAK=ILOAD(MAX)+(LIR/2)×ILOAD(MAX)=(3/0.8)+(0.35/2)×(3/0.8)
=4.41A
2.2確定限流
限流的下限電流值等于最小限流門限(范圍由50mV到200mV)除以下端MOSFET的最大通態電阻,這個最大通態電阻是考慮了每℃增加0.5%的值。
限流的方法有兩種:一種是將腳3ILIM接腳
21VCC(見圖2),對應的限流門限是默認值100mV;
另一種是由限流電路內部5μA電流源和ILIM外接
電阻調限流門限(電阻范圍由100kΩ到400kΩ),
內部實際的限流門限是ILIM端電壓的1/10。則
限流電阻RLIMIT為
RLIMIT=ILOAD(MAX)×RDS(MAX)×10/(5×10-6)
=(3/0.8)×0.046×107/5=345kΩ
取標稱值280kΩ。
圖2MAX1715的實驗電路
2.3輸出電容選擇
輸出電容(對應圖2中C35及C41)的選擇主要看ESR和耐壓值而不僅僅看電容值。輸出電容必須有足夠小的ESR,以滿足輸出紋波和負載動態響應的需要;同時又必須有足夠大的ESR以滿足穩定性的需要。電容值也要足夠大以滿足滿載到空載轉換時吸收電感儲能的需要,否則,過電壓保護會觸發。
在有CPU的應用場合,電容的尺寸取決于需要多大的ESR來防止負載瞬態響應時輸出電壓太低。如VDIP是瞬態輸出電壓,則ESRVDIP/ILOAD(MAX)。
在沒有CPU的應用場合,電容的尺寸取決于需要多大的ESR來保持輸出電壓紋波的水平。如Vpp是電壓紋波,則
ESR≤Vp-p/(LIR×ILOAD(MAX))
輸出電容引起的不穩定工作體現在兩個方面:雙跳動和反饋電路不穩定。雙跳動是由于輸出噪聲或ESR電阻太小使輸出電壓信號沒有足夠的坡度。這“欺騙”了誤差放大器在400ns的最小死區后產生一個新的周期。電路不穩定是指在電源或負載擾動時產生振蕩,這將觸發輸出過壓保護或使輸出電壓降到設定值以下。穩定性由相對開關頻率的ESR零點決定,電容的零點頻率必須低于開關頻率f決定的穩定點fESR。
fESR=f/π,fESR=1/(2×π×ESR×C)
我們選擇了ESR零點頻率低的鉭電容,其電容值為330μF。
2.4輸入電容選擇
輸入電容(對應圖2中C39,C40)主要是要滿足抑制開關產生的紋波電流(IRMS)的需要。
采用陶瓷電容,鋁電容比較合適,因為,它們的電阻能抑制開通時的浪涌電流。我們選用了10μF的鋁電解電容和10nF的陶瓷電容。
2.5MOSFET選擇
注意最大輸入電壓時的導通損耗和開關損耗之和不超過封裝熱限制。選擇下端的MOSFET也應盡量具有小的導通電阻,雖然,下端MOSFET在最大輸入電壓時電阻上的功率損耗最大,但是,在Buck電路中下端的MOSFET是零電壓開關,所以,下端的MOSFET導通損耗不是問題,還可以在下端開關管上并一個肖特基二極管,以防止下端開關管的體二極管在死區時間導通。
最壞導通損耗在占空比極限時產生。上端MOSFET在最小輸入電壓時的導通損耗最大,在最大輸入電壓時開關損耗最大,即
導通損耗PRDS=(VOUT2/VIN(MIN)I2LOAD×RDS
=5/8×32×0.046=0.2588W
開關損耗PS=VRSS×VIN(MAX)×f×ILOAD=
=(130×10-12×14.5×345×103×3)/1
=0.0283W
3實驗結果
1. 事件描述
2010年2月16日,在CPR1000核電站首臺機組嶺澳核二期3號首次進行機組熱態功能試驗(3HFT)期間,高壓缸進氣溫度測量元件( 3GME581YT /591YT)與汽缸的連接部位發生較大面積蒸汽泄漏,現場立刻采取了加強緊固的方式臨時處理,保證熱態功能試驗的繼續進行。在熱態功能試驗結束之后,施工現場對泄漏的溫度測點進行拆卸檢查,發現高壓缸本體及高壓主汽門的大部分熱控測量孔密封面存在較嚴重的加工不平整、管座與測量套管不同心等問題,致使高溫壓蒸汽進入后產生較大面積蒸汽泄漏。
2. 原因分析
通過圖紙核對和外方專家的技術確認,我們了解到,CPR10
00核電站首臺機組的高壓缸屬于我國首次引進的核電百萬千瓦級半速汽輪機組(原型機為法國阿爾斯通半速機),汽輪機的進氣壓力約是6.8MP。高壓缸本體的熱控測量孔是圓錐形的孔,采用六面形墊片密封,六面形墊片的A /B密封面分別和錐形面和熱控測量接座密封面接觸,密封線較窄(約2毫米),六面形墊片的材質為Q235材質,較一般的銅墊片硬,不易變形,且對加工面配合要求較高。(圖1)
在針對高壓缸熱控測量孔的生產過程的加工處理上,工廠直接參考了外方的設計圖紙,但忽視了圖紙上對加工精度和密封面的較高配合的要求。導致發貨到現場的熱控測量接座、六面形墊片、錐形密封面三者之間的配合效果不佳 。
施工現場在安裝前進行了簡單檢查,發現部分熱控測量孔的錐形密封面在工廠內加工不平整、有劃痕及點坑,各密封面間的配合不佳。雖然聯系工廠進行確認,但未得到各方足夠的重視,而工廠提供的相關的安裝程序文件中也沒有對安裝前后檢查做具體的要求。
在泄漏事件發生后,現場各方對錐形密封面進行了藍油檢查,發現較多數量的接觸面存在斷續,未接觸、加工不平整、劃痕及點坑等缺陷(圖2),這是是產生蒸汽泄漏的主要原因。
3. 采取措施
針對上述的原因,經過現場各方討論,采取如下措施:
(1)采取緊急修復措施
生產廠家派出技術人員攜帶專用工具對現場嶺澳二期核電站3號機高壓缸及主汽閥門的熱控測量孔密封面進行精研磨加工,保證密封面的平整性和有效接觸。
(2)完善安裝程序中對熱控測量孔安裝和檢查具體要求如下:
1) 安裝前對應密封面進行目視檢查,并使用藍油對密封面的平整性和墊片接觸有效性進行核查。
2) 對目視和藍油檢查不合格的測量孔,使用專用工具進行研磨處理,研磨直至藍油檢查合格;
3) 安裝時使用力矩扳手將螺紋擰緊,采用高溫螺紋密封脂(牌號GRN50),擰緊力矩值460NM。
通過以上的措施,對嶺澳二期3號高壓缸及主氣門熱控測量孔的蒸汽泄漏問題進行了修復,修復之后,在嶺澳核電站3號機的汽輪機多次沖轉和商運中都沒有再次出現類似泄漏問題,說明這次泄漏處理方案是成功的。
4. 經驗反饋
CPR1000核電站首臺機組嶺澳二期核電站3號機作為國內首臺核電半速汽輪機組,在消化和吸收國外成熟技術中的過程中,第一次使用錐形密封面和六面形墊片密封的形式,對制造和安裝過程有較高的工藝要求,通過在制造和安裝過程中對熱控測量點漏氣問題的處理,我們得到如下經驗總結和反饋:
測量電阻是初中物理教學的最重要的實驗之一,也是考察學生能力的重要命題熱點之一。通過近幾年中考試題我們就會發現,測量電阻方法多種多樣,其應用的原理和計算方法也不盡相同,而電路圖的設計更是靈活多變,如果學生對該部分知識不加以總結、消化的話,就會在做題時容易出錯、造成不必要的丟分現象,因此電阻的測量看似簡單,實則在教學中常常是學生的弱點,在各種考試中通過對電阻的測量的考察也可以反映出學生對電學基本知識掌握的情況,另外命題者還在不斷的推陳出新,用不同的形式對學生進行考察。下面我們就對初中測量電阻的幾種常用方法進行一個簡單的總結,希望對同學們能有所幫助。
一、初中最基本的測電阻的方法
(1)伏安法測電阻
伏安法測電阻就是用一個電壓表和一個電流表來測待測電阻,因為電壓表也叫伏特表物理論文,電流表也叫安培表,因此,用電壓表和電流表測電阻的方法就叫伏安法測電阻。它的具體方法是:用電流表測量出通過待測電阻Rx的電流I,用電壓表測出待測電阻Rx兩端的電壓U,則可以根據歐姆定律的變形公式R=U/I求出待測電阻的阻值RX。最簡單的伏安法測電阻電路設計如圖1所示,
用圖1的方法雖然簡單,也能測出電阻,但是由于只能測一次,因此實驗誤差較大,為了使測量更準確,實驗時我們可以把圖1進行改進,在電路中加入滑動變阻器,增加滑動變阻器的目的是用滑動變阻器來調節待測電阻兩端的電壓,這樣我們就可以進行多次測量求出平均值以減小實驗誤差,改進后的電路設計如圖2所示雜志網。伏安法測電阻所遵循的測量原理是歐姆定律,在試驗中,滑動變阻器每改變一次位置,就要記一次對應的電壓表和電流表的示數,計算一次待測電阻Rx的值。多次測量取平均值,一般測三次。
(2)伏阻法測電阻
伏阻法測電阻是指用電壓表和已知電阻R0測未知電阻Rx的方法。其原理是歐姆定律和串聯電路中的電流關系,如圖3就是伏歐法測電阻的電路圖,在圖3中,先把電壓表并聯接在已知電阻R0的兩端,記下此時電壓表的示數U1;然后再把電壓表并聯接在未知電阻Rx的兩端,記下此時電壓表的示數U2。根據串聯電路中電流處處相等以及歐姆定律的知識有:
I1=I2
即:U1/R0=U2/RX
所以:
另外,如果將單刀雙擲開關引入試題,伏阻法測電阻的電路還有圖4、圖5的接法,和圖3比較,圖4、圖5的電路設計操作簡單物理論文,比如,我們可以采用如圖5的電路圖。當開關擲向1時,電壓表測量的是R0兩端的電壓U0;當開關擲向2時,電壓表測量的是RX兩端的電壓Ux。故有:。同學們可以試一試按圖4計算出Rx的值。
(3)安阻法測電阻
安阻法測電阻是指用電流表和已知電阻R0測未知電阻Rx的方法。其原理是歐姆定律和并聯電路中的電壓關系,如圖6是安阻法測電阻的電路圖,在圖6中,我們先把電流表跟已知電阻R0串聯,測出通過R0的電流I1;然后再把電流表跟未知電阻Rx串聯,測出通過Rx的電流I2。然后根據并聯電路中各支路兩端的電壓相等以及歐姆定律的知識有:
U0=UX
即:I1R0=I2RX
所以:
顯然,如果按圖6的方法試驗,我們就需要采用兩次接線,可能有的同學怕多次拆連麻煩的話,那我們還可以將單刀雙擲開關引入電路圖,這時我們可以采用如圖7的電路設計。當開關擲向1時,電壓表測量的是R0兩端的電流I0;當開關擲向2時,電壓表測量的是RX兩端的電流Ix雜志網。通過計算就有:。
以上三種測電阻的方法是最簡單的測電阻方法,也是必須掌握的方法,大家會嗎,除此以外,還有常用的易于學生理解的測電阻的常用方法嗎?當然還有:
二、特殊方法測電阻
(1)用電壓表和滑動變阻器測量待測電阻的阻值
或者
用電壓表和滑動變阻器測量待測電阻的阻值,我們也可以采取以下方法:
1.如圖8所示,當滑動變阻器的滑片滑至b端時,用電壓表測量出Rx兩端的電壓Ux,當滑動變阻器的滑片滑至a端時,用電壓表測量出電源的電壓U,根據串聯電路的電流關系以及分壓原理我們可以得到:。
2.如圖9所示,當滑動變阻器的滑片滑至b端時,用電壓表測量出電源的電壓U,當滑動變阻器的滑片滑至a端時物理論文,用電壓表測量出Rx兩端的電壓Ux,根據串聯電路的電流關系以及分壓原理我們可以得到:
(2)用電流表和滑動變阻器測量待測電阻的阻值
如圖10所示,當滑動變阻器的滑片滑至b端時,用電流表測量出Rx和R滑串聯時的電流I1,當滑動變阻器的滑片滑至a端時,用電流表測量出Rx單獨接入電路時的電流I2,因為電源電壓不變,可以得到:,故有:。
(3)用等效法測量電阻
如圖11所示電路就是用等效法測量電阻的一種實驗電路。其中Rx是待測電阻,R是電阻箱(其最大電阻值大于Rx)。其實驗步驟簡單操作如下:
把開關S閉向2,讀出電流表的數值I,再把S閉向1,調節電阻箱,使電流表的讀數仍為I不變,則讀出電阻箱的數值,即為待測電阻Rx的值。
一、專業項目論文的工作觀
技師技能考核或鑒定首先應注重的是工作者專業素質——崗位工作能力水平的評價。寫作和提交論文是申報鑒定者應對技能考核鑒定的準備過程,同時是個人技能水平的展示過程。
技術工人的專業工作目的一般要求是:保證生產質量、提高生產率、降低物質消耗——有效益價值核算或向好性預期。憑借論文關于專業工作項目立論確定、技術路線解析、工藝方法選擇、調試過程記錄等的描述,充分顯示工作者的能力水平——專業規范把握、主流技術運用、工藝方法適當、工序工步明晰。
技師論文應該強調較高級工藝性內容,應該是工作技藝和業績展示、以專業文獻范式表述的文章,并不一定要用某效益指標來顯示工作價值。如工藝改進型課題論文,突出的是專業技巧水平;又如新技術應用型課題論文,突出的是對工程新技術或復雜工藝的理解和駕馭能力。
1.強調論文項目的工藝性價值。技能,應理解為專業工作的技能工藝能力。也許是簡稱,總易誤認為技能偏指技術能力,而忽視工藝能力。技術一般是指工業過程的方法論,即一般是可行性確定后在標準化設計前提下選材、加工手段、加工流程以盡可能的高效率獲得目標產品的方法。而工藝,可以理解為加工的“藝術”,強調工作過程中獲得目標產品的技巧性、保障性和完美性。技術工藝能力,可以理解為技術與工藝互滲而形成的知識型、技巧型、成熟型的生產力。
較高級的專業技能型人員的工作,應能體現技術工藝引人入勝的技巧性,工作項目論文也理所當然要求顯示出工藝性價值——論文應顯示出寫作者關于工作項目的基本技術理解能力和工藝質量層次。基本技術能力包括專業理論的引用或引證,工藝質量則涵括改進能力、工作技巧、專業理論與實際的連接和補足能力、安全防護構思能力、提高工作對象商品化的能力。工藝質量直接決定了目標產品的實用性、適用性和市場性。
2.注重專業性表述的標準化概念。技師的基本技術理論理解力是其工作的重要基礎之一,但其工作的方式、目標往往約束了專業理論的擴充速度和應用空間。許多長期在特殊電氣工程崗位工作、工藝經驗豐富的技藝型人員理論水平并不高,但他們的本職工作很出色,工作質量的工藝價值突現。一般認為長期的專職工作經驗中積累著較高的專業工藝悟性。應該看到,高專業工藝性主要表現為相對行業標準、生產規范有很強的理解力,對生產流程有很強的連接、補足、改進的能力。正是高的專業悟性使得技藝型人員與技術設計人員的工作配合相得益彰。
3.把握過程分析的理論深度。一些技師工作項目論文中,用大量篇幅闡述理論的依據——數理公式推導過程或教科書式論說,然后繪出基本原理圖,最后給出相當肯定的可行性結論。必須注意,這種論文往往是有缺陷的——項目的實施有效性沒有表達—作者的操作工藝技能水平得不到顯示。缺少相關工程經驗公式或者經驗系數(理論公式受客觀實際過程條件的約束),易使得項目實施性這一關鍵工藝環節受到鑒定評價者質疑。這類論文的缺陷在論文大辯的有限時間里難以彌補。
4.妥當運用“技術進步手段”、“技術創新理念”、“精湛工藝過程”。機電工程崗位特征——專業智能成分較多,技巧思維保持,非連續性非周期性的操作。視下述工作能力為工藝能力;把握專業標準和規范的運用方法、流暢的專業語言(術語,編程,工程圖,解析圖表等)表述、撰適用的工程文檔、規劃工作技巧和效率。
技術進步:在產業規范約束下,采用現代的、主流的專業技術成果。
技術工藝創新:在產業規范約束下的工作能夠在去除隱患、操作便捷、安全可靠、形式優化、節能提效、減污去噪、降低維護成本、智能化診斷運行等某些方面有顯明的特色成果。
基本完備和適配的資料:是指可以作為施工提綱或設備的檔案基本資料。
二、電學原理在工程運用中的本征性理解
機電技術中的電工技術是關于電能量分配和智能控制的技術,應用電工技術的基礎原理是歐姆定律和麥克斯韋電磁方程組。
1.本征性理解。客觀導電材料上的電量分析應劃分為以電壓(電動勢能信息)為主量的“信息變換及傳遞系統”和以電流為主量的“能量傳輸電路”。控制信息傳遞系統的第一要素是“保證信息的準確”,控制系統傳遞信息不一定依賴固形材料(例如可通過空間電磁場感應傳遞)。
使用電動機為電能耗用終端的設備繼電器線路形式控制電路主要形成運動控制“邏輯、時間、順序”機制,自保、互鎖、延時、中繼等都是形成控制信息的電路。
采用集成運放器為核心的信號電壓調節器主要解決比例(信號放大)、微分(信號即時變化率)、積分(信號的時間積累效應),而整流、檢波、限幅、隔離、跟隨、調零、保護等都是附加電路。
電能量傳輸的第一要素是電路成為回路,依賴有形的導電材料,再者就是能量規模(大小)和傳輸時間可控。因此,控制電路的關鍵功能是信息“變換(如電壓放大器)”和“調節”。
主電路的關鍵功能是能量的“被控”和“驅動”,而反饋電路則是對于完成基本運轉功能的、由基本控制器和驅動器(主電路)組成的開環系統輸出量檢測并形成修正信號的“智能化”部件。
現時的機電“主流技術”指由集成PID運算器件、邏輯運算器件(CPU)及大容量數據存儲器件為核心的控制器運用技術、由可高頻全控大功率無觸點開關元件為核心的驅動器運用技術及由新型傳感器為核心的傳感信號接收變換電路技術。
2.機電能量轉換技術離不開磁材料技術,也離不開磁路分析技術;傳統的磁路材料由于磁傳導敏感于溫度和介質成分,其電氣特性檢定比較困難。但是近些年來,新型合成磁性材料技術迅猛發展,其運用空間(特別是在機電技術領域)急速擴展。
再者,材料科學技術和信息技術是工業技術發展的雙引擎,感知設備運動狀態和形成系統信息的傳感器技術是智能系統的前端。
從對于控制方式本質的理解判斷機電控制技術的發展方向:以一個四端電路(網絡)為例,若以改變激勵能夠實現相應響應,則控制方式可分為:a.電流控制電流(控制機制參數體現為電流放大系數),b.電壓控制電流(控制機制參數體現為轉移電導(跨導)),c.電壓控制電壓(控制機制參數體現為電壓放大倍數),d.電流控制電壓(控制機制參數體現為轉移電阻(跨阻)),實現電能利用的機電設備的電路多以電流為被控量,所以上述a,b兩種控制方式是驅動器電路,c是信息處理電路,d不是機電設備電路優選形式(能量控制信號)。
上述a、b方式分別代表著兩個時代的電能傳輸電路(主電路、驅動器)形式。
a方式中,電流控制電流的中心技術是:實現小電流控制大電流、一路電流控制多路電流。代表性功能器件有三極管和繼電器。
三極管,響應速度高,無動作觸點,但控制電路與被控電路有公共支路,控制量與被控量的高次諧波相互影響或制約,而且可承受功率在瓦特級,一般不符合機電設備功率規模要求。
繼電器(接觸器),以電-磁-力形式驅動開關觸點動作,實現電流的小控大和一控多。但觸點動作時間不準、電弧現象、線圈斷電反電動勢高并形成高頻干擾源、體積大等固有弱點,長期以來被視為“非理想器件”。
b方式是經典控制技術體系中理想的控制方式——信息控制能量。
上世紀后半期,業界使用大功率半控型電子器件晶閘管加之PWM技術的移相觸發器實現有缺陷的“信息控制能量”方式于機電設備能量控制——主要是直流電動機的荷載調速。
上世紀末期大功率全控型電子器件IGBT(一種增強型絕緣柵場效應管器件)的商品化普及,機電設備用全控型的信息控制能量方式成為現實,例如在結構簡單價格低廉的交流電動機實現寬范圍荷載的變頻調速。
3.電氣主流技術發展的瞻望。機電設備機械構件的技術進步程度受制于材料技術發展及其成果的商品化程度。通用機電電工技術范疇的技術開發重點有:
電力電子技術:利用電力電子器件實現工業規模電能變換的技術,是建立在電子學、電工原理和自動控制三大學科上的新興學科成果。器件以半導體為基本材料,根據器件的特點和電能轉換的要求,開發電能轉換電路,包括各種控制、觸發、保護、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路。
電動機技術:強磁材料與低溫環境技術。
虛擬現實技術:軟件型傳感系統分析與儀表。
機電液智能控制技術:機械、液壓、電子融合控制技術使得機器的效率、性能、品質、可靠性等大大提升,如大型工程機械設備、深海或隧道的巨力液壓控制系統。
微機電系統技術:常規電氣系統元器件微型化組件化甚至實現“疊層組件—集成化”,即把微型化的敏感元器件、微處理器、執行器、各種機械構件、電動機、能源、光學系統等都集成于一個極小的幾何空間內,并且能像集成電路一樣大批量、廉價地生產。
電致流體相變技術:電場作用下電流變液(ERF,electrorheologicalfluid)可在“固”—“液”兩相之間轉換,轉換過程可控而且可逆,轉換時間為ms級,利用其電控力學行為,可以預期得到較之傳統力學元件更為理想的(機—電能量轉換控制的)響應指標。
磁致流體相變技術:磁流變液是由高磁導率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導磁性液體混合而成的懸浮體。在零磁場條件下呈現出低黏度的牛頓流體特性;而在強磁場作用下,則呈現出高黏度、低流動性。磁流變液在磁場作用下的流變是瞬間的、可逆的,而且其流變后的剪切屈服強度與磁場強度具有穩定的對應關系。
硅膠導電與絕緣的智能化控制技術;作為可以在電磁場發揮“柔性”功能的新型器件必將影響機電設備電路構造技術。導電硅膠是具備導電性能的硅膠制品,用于一些電子硅膠產品上發揮開關接通的作用,現時應用于一些電子設備、家用設備、辦公設備中,比如導電硅膠按鍵、電線連接管、影印機滾軸、電纜插頭、連接器襯墊等。
三、要強調通用電學知識與電工新技術運用銜接的工藝能力
機電設備技術標準(國家標準、國際電工委員會文件、超級公司企業標準)的意志和執行能力。標準化是機電設備可靠性的保障。國家標準中對機床的控制方式、接地方式、抗干擾、容錯、機械連鎖、危險部件防護等,作了較完善規定,有效保障了機床的安全可靠運轉。經驗證明,符合標準的機床,故障率較低,反之故障率則高,可靠的保護措施是防止器件和裝置損壞的重要方面。
當前的國家職業技能鑒定技師和高級技師考評體系強調了標準化水平是素質和技術能力的體現。如技術資料規范化編整能力、微機控制應用程序解析能力、逆向工程能力(逆向于在確定材料條件下設計制造的路徑對產品拆解—解析技術工藝特征,提交改進或改性方案,以期獲得結構或功能更優化的產品)、工程數學與物理運動現實的映射解釋能力。
四、提高論文的精致程度和新技術含量的著眼點
維修電工崗位工作的技術工藝核心領域(空間范圍,對象)。
維修電工崗位工作的主流技術、前端發展技術(如機器人,城市電動載人設備(電梯,搜索救生設備,無人駕駛運行設備,物流基地自動化設備等),注意:在機電前端技術領域;與電路系統運行規律模式相似的流體智能控制系統正在迅速地發生著微型化、精準化、多種指標信息傳遞同道化的技術水平提升。
機器的電氣系統運用主流技術改造的工藝路線和工步流程。
一些控制系統設計方案的實用性(技術改造方案的功能指標的得失)和適用性。
專業技術文獻資料的引用和“創新價值”的保障。
五、論文正文的編輯策略
通過這里的工作全過程的描述而展示個人的工作實力狀況,明喻達到專業技師水平。正文應涵括以下內容:
1.詳盡細致的立論表述:現實性、可行性、績效預期等。立論的過程是運用專業范疇的概念、判斷和推理等邏輯思維形式,簡述預期的項目工作的流程、效益目標、專業技術層次特征和工藝精華綜合;證明自己的主張。立論應具備論點、論據和論證三要素。
現實性:有重點而且簡單的描述工作環境,儀器工具,基礎性技術資料等工作先期條件,適配一些示意性插圖、流程框圖、曲線圖、簡表等。
可行性:有重點而且簡單的描述工作團隊情況,已經具備的知識基礎和經驗,主流技術采用的決定,需要增加的儀器工具,實施方案或技術工藝路線。
績效預期:有重點而且簡單的、與現實性情況可比較的談說,重點是預期的技術或形式先進性、工程安全性、設備的控制或運行可靠性、節能減排等的定性談說。
2.主流技術采用、工藝方案、實施過程等的詳述。例如:可編程序控制器(PLC)技術基于用計算機軟件實現繼電器電路中的中繼、延時、順序、串并邏輯、傳感信息處理等的硬件功能而提升了機電設備控制的可靠性。又如:基于用計算機軟件對全控型大功率電力電子器件編程控制而實現交流電源變頻控制,使得電動機“寬范圍、恒功率或恒轉矩的調速”成為普適技術。
工藝方案:展示工作者專業軟實力的平臺,以分類的技術工藝設計資料及對其簡單注解說明文字為主項。資料文件要符合專業規范,要基本完備,要適配。例如:機床設備電氣系統檔案基本資料文件一般有電路原理圖、電器件位置示意圖、接線圖、元件明細表、電氣原理說明或控制流程注解、維修或改造記錄等。
三項資料:工作對象技術改造之前的電路原理圖及工況表述、改進工程技術路線設計(流程圖與功能框圖)和主要零部件明細,是工藝方案論證的骨干依據。
對于要遵循物理規律,以推演、論證、解析為主要技術路線的項目論文,建議采用機電工程手冊為理論藍本,引用工程計算方法處理數據。
調試過程:調試工作的工序、工步羅列,調試過程狀況和數據的記錄。
3.結果與討論。這是全文的重心,應精心篩選技術工藝成果,把那些必要而充分的數據、現象、樣品、認識等選出來,寫進去,作為分析的依據。在對結果做定性和定量分析時,應說明數據的處理方法及誤差分析,說明現象出現的條件及其可證性。
概括項目工作的總結:所得結果與已有結果的比較;聯系實際結果,解說它的工程意義、應用價值和在實際中推廣應用的可能性;在本項目實施過程中尚存在的問題,對相關進程記錄資料進一步標準化編整的見解、意愿與建議。
參考文獻:
作者簡介:姚志壘(1981-),男,江蘇溧陽人,鹽城工學院電氣工程學院,副教授。(江蘇 鹽城 224051)
基金項目:本文系鹽城工學院2013年度校級教改研究項目(項目編號:32)的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)23-0052-02
“電力電子裝置及技術”是電類專業的一門專業選修課。[1]該課程是在“電力電子技術”課程的基礎上,進一步介紹變流電路的結構、工作原理、功能指標,電力電子實用裝置的構成、基本電量的計算方法和所有裝置需解決的共同技術問題。[2-3]該課程涵蓋知識的內容多、面廣、難度大、實用性強,能培養學生將知識融會貫通,提高學生綜合應用知識解決實際問題的能力。因此,如何從教學內容、教學方法和手段以及考核方式等方面進行改革值得探討。
一、教學內容的改革
1.理論教學內容的改革
該課程的課時數為40學時。由于它是一門應用性課程,因此需要在書本內容的基礎上,緊跟時代前沿,增加一些當今熱門課題的內容,如:電力電子裝置在新能源發電系統和節能環保中的應用等,以便為學生找工作或讀研找課題提供參考。
選用楊蔭福等編寫的《電力電子裝置及系統》作為本課程的教材。[3]由于該教材第1章中半導體電力電子開關器件和第2章高頻開關電源的內容已分別在“電力電子技術”和“開關電源及技術”課程中詳細講述,因此該課程不再贅述。
所選教學內容具體如下:
(1)電力電子裝置及系統概述(2學時):電力電子裝置及系統的概念;電力電子裝置的主要類型;電力電子裝置的應用概況;電力電子裝置的發展前景。
(2)逆變器(4學時):逆變器概論;單相和三相恒頻恒壓正弦波逆變器;感應加熱電源。
(3)不間斷電源UPS(6學時):UPS的功能及原理;UPS的組成和設計(包括蓄電池組、整流器和PFC電路、逆變器、切換電路、濾波電路、旁路控制電源和系統輔助電源、接地裝置、保護和報警系統);UPS輸出電壓控制。
(4)晶閘管變流裝置(6學時):晶閘管交流變換器;交流凈化型穩壓電源;晶閘管諧振型逆變器。
(5)電力系統用電力電子裝置(6學時):電力系統無功補償;電力系統有源濾波裝置;電力系統諧波與無功功率綜合補償;遠距離直流輸電。
(6)電力電子裝置的研制與試驗(14學時):電力電子裝置研制流程;研究對象的方案論證;主電路設計(包括輸出濾波器、輸出變壓器、緩沖電路、直流濾波電路和主開關器件設計);控制系統及輔助電源設計(包括抗沖擊負荷電路、調壓環節、過溫保護、輔助電源和驅動電路的設計);電磁兼容技術和措施;電路仿真;整機調試與電性能試驗;結構設計和例行試驗。
(7)電力電子裝置在當今熱門課題中的應用(2學時):選擇應用于當今熱門課題的某個電力電子裝置作為教學內容,如:直直變換器在光伏發電系統中的應用、并網逆變器在新能源發電系統中的應用等內容。
2.開設實驗教學內容
為了進一步驗證理論分析,提高學生的實踐能力,應開設一定的實驗教學內容。該課程的實驗教學可以充分利用江蘇省電氣與新能源實驗教學示范中心的新能源實驗室和電力系統無功補償實驗室,完成一些高頻電力電子裝置實驗項目,如:電力系統無功補償、電力系統有源濾波、升壓變換器在光伏發電系統中的應用和并網逆變器在風力發電系統中的應用等實驗項目。
二、教學方法和手段的改革
1.興趣教學,激發學生學習積極性
緊貼社會的要求進行學前教育,把社會的需求和學生學習的需求有機統一,從而激發學生的學習積極性。
學生從高中進入大學后,學習的目標改變了,如果說學生在中小學時是以升學作為他們的目標,那么,進入大學后他們的目標已經轉向了就業。因此,要使學生了解社會對人才知識結構的需求及其變化,使學生意識到該課程作為大四的專業選修課對今后工作以及再深造的重要性,從而使他們一開始就認識到該課程必須學,而且要學得非常好。
第一次上課,在講完電力電子裝置的應用概況后,了解每個學生對電力電子裝置感興趣的應用領域,布置學生通過網絡搜索或圖書館查找其感興趣應用領域的相關資料,并做成PPT,以備上該應用領域課時做報告。此后,每次上課時,先讓對該節課教學內容感興趣的學生用PPT做報告(每個學生報告5分鐘,學生提問2分鐘),講述相應應用領域的研究背景和國內外研究現狀,然后由教師講解具體教學內容。通過該興趣教學的方法,可以激發學生的學習積極性,培養學生做科技報告的能力,為學生畢業設計選題和答辯奠定良好的基礎。
2.提高多媒體教學質量
隨著現代化水平的不斷提高,上課基本都已采用多媒體進行教學。但多媒體課件也不能是黑板板書的簡單復制,最好配以一定的動畫和聲音,以便吸引學生的注意力,調動學生學習的積極性。如:在講解電路工作模態時,采用“動作路徑”的動畫格式,讓學生清楚地看到電流在電路中的流通路徑,更深刻地理解所學知識;學生在下半節課時往往會開小差,注意力不集中,可通過在切換幻燈片時配以一定的聲音,吸引學生的注意力;在講解習題或舉例時,先以某個習題為例進行講解,解題步驟逐步顯示,而不是一下子顯示所有答案,保留了板書的優點,然后總結歸納解題方法,最后再以習題對所述方法進行鞏固。
3.采用仿真輔助教學
用仿真的方法不僅可以初步驗證電路原理和參數設計的正確性,還能仿真試驗極限條件下的特殊情況,從而有效地減少電力電子裝置的設計費用,縮短電力電子裝置的設計周期,優化參數設計,提高裝置的可靠性。常用的電力電子仿真軟件有:Saber、Pspice和Matlab中的Simulink等。以其中的Saber仿真軟件為例對所設計4kW、400Hz的中頻電源進行仿真驗證。學生可以通過仿真進一步加深對理論知識的理解,此外,對較復雜或不易懂的電路可以通過仿真查看電路各點的波形反推電路工作過程,從而掌握電路的工作原理。
三、考核方式的改革
該課程采用小論文的考核方式。考核的總成績包括平時成績(20%)、平時PPT報告成績(30%)和小論文考核成績(50%)。其中,平時成績包括學生的出勤和平時作業;平時PPT報告成績主要是檢查學生對電力電子裝置感興趣應用領域相關知識的預習情況,考核學生運用Powerpoint軟件制作PPT的能力、口頭表達能力和回答同學提問時的應變能力;小論文考核成績主要包括測試學生書寫小論文的能力(包括中英文摘要、引言、正文、結論和參考文獻)、利用word軟件書寫小論文和排版的能力。小論文要求學生從電源設計領域、電機調速用電力電子裝置、電力系統領域、汽車電子領域、綠色照明領域、新能源開發領域和其他與電力電子裝置相關的領域中選擇1種領域撰寫。此外,要求寫相同領域小論文的學生相互商量各自研究方向,確保每個學生的小論文題目和內容不雷同。通過上述小論文考核,杜絕了學生相互抄襲小論文的現象,學生在選題上發揮了主觀能動性,選題范圍比較寬。學生在查閱資料完成小論文的過程中,了解了國內外電力電子裝置相關領域的國內外研究現狀,初步掌握了電力電子裝置主電路設計、控制系統設計、仿真及結果分析這一流程。
四、結束語
近年來,我們緊跟時代前沿,及時更新“電力電子裝置及技術”課程的教學內容,在實際教學中采用興趣教學、高質量的多媒體教學和仿真輔助教學的教學方法,采用“一人一題”的小論文考核方式,對“電力電子裝置及技術”課程進行了一系列改革,取得了良好的教學效果,得到了學院領導和學生的一致好評。
參考文獻:
中圖分類號:G424文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)04-0920-02
Discussing about How to Teach the "Design of Application-Specific Integrated Circuit" Course
WU Yu-hua
(Beijing Electronic Science and Technology Institute, Beijing 100070, China)
Abstract: "Design of Application-Specific Integrated Circuit" is an important specialty course. In this paper, we will discuss the teaching technique about this course of non-micro-electronics specialty. Combining the teaching practice, several teaching experiences about "Design of Application-Specific Integrated Circuit" course are summarized.
Key words: design of application-specific integrated circuit; innovate; teaching; discuss
《專用集成電路設計》是電氣信息類專業開設的一門比較重要的專業課。為了培養寬口徑、基礎扎實的集成電路設計人才,滿足IC行業對人才的大量需求,無論是在微電子專業,還是在相關的其他電氣信息類專業,不少重點高等院校都已經開設了本門課程。在學生已經掌握了模擬電子技術、數字電子技術和一定的晶體管原理知識的基礎上,通過學習《專用集成電路設計》課,進行ASIC設計理論的學習和實踐的強化,進一步掌握集成電路和電路系統的設計知識,提高集成電路設計能力,增長集成電路設計經驗;通過理論教學和實踐教學,來加強電氣信息類專業學生的電路設計基礎、版圖設計基礎以及集成電路設計各環節的驗證知識等,培養學生在集成電路設計方面的研究興趣,為后續課程的學習和進一步的深造打好基礎。
由于專業建設和人才培養的需要,北京電子科技學院同樣開設了《專用集成電路設計》的專業選修課,授課對象是電子信息工程專業的本科生,由于非微電子的專業背景原因,他們并不具備足夠的半導體物理、晶體管原理等知識,因此在本課程的教學過程中,必然要針對具體對象,調整教學內容,創新教學思路,加強教學研究,找到一種適合于非微電子專業本科生的教學思想和教學方法。通過教學實踐,學生對于課程組在這一課程中的創新、探索和具體的教學方法比較認可。這里把我們在《專用集成電路設計》課教學實踐中的初步探索做一些總結,希望與大家分享。
1 結合實際合理設置授課內容,以學生能夠接受為目標
電子信息工程專業的學生在學習《專用集成電路設計》課程之前,已經系統地學習了《電路分析》、《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《EDA技術》等有關電子技術和電路系統的課程,對于電路系統的設計已經有了一定的理解,并進行過比較系統的動手實踐訓練,為進一步學習《專用集成電路設計》課程打下了比較堅實的知識基礎和實踐基礎。但是由于專業背景的原因,該專業不太可能只是為了《專用集成電路設計》課而專門開設《半導體物理》、《晶體管原理》等這些在微電子專業才有的課程,因此,與微電子專業相比,電子信息工程專業的本科生欠缺有關晶體管原理和半導體工藝等方面的必要知識。在設置授課內容時,必然要考慮到這一點,總的原則應當是以學生能夠接受、但又不應該過于輕松接受為目標,而且要盡量避免與《EDA技術》等課程的知識重復。
根據我們的課程內容設置原則,將《專用集成電路設計》課的講授內容分為以下幾章:第一章:ASIC設計概述;第二章:CMOS邏輯;第三章:ASIC庫設計;第四章:ASIC的前端設計;第五章:ASIC的后端設計;第六章:可測性設計技術;第七章:SOC設計技術簡介。在各章的講授中,占用課時較多的分別是第二章、第三章和第五章。在講授時強調培養學生的系統設計能力,使學生對專用集成電路的設計、制造、測試等一整套流程有一般性、整體性的了解,建立專用集成電路的基本概念和方法,了解IC領域的最新發展趨勢,激發學生潛在的對集成電路前、后端設計的興趣。為了配合理論教學,提升教學效果,還設置了合適的實驗教學內容。
2 注重實驗教學效果,以培養動手實踐能力為目標
集成電路設計類課程除了理論教學以外,實驗教學尤為重要,因為這類課程對學生的訓練重點正是在于動手實驗,提前接觸到未來在進一步的研究和工作中可能會應用到的一些軟件工具、設計流程以及設計技巧等,這樣才能促進學生理論與實踐相結合,真正幫助學生掌握ASIC設計技術。因此本課程要更加注重實驗教學效果,著力培養學生的動手實踐能力,進而使學生能夠更加準確、具體和形象地掌握在課堂上學到的理論知識。根據這一原則,經過試用修訂,我們專門編印了《專用集成電路設計實驗指導書》,根據大綱的變化,使用工具版本的提高,目前已經編印了2007版和2009版的實驗指導書,共設計了五個實驗,具體是:實驗一:IC設計工具的使用;實驗二:單元電路的前端設計;實驗三:標準單元的版圖繪制與驗證;實驗四:四位加法器和減法器ASIC的設計;實驗五:計數器ASIC的設計。每個實驗3學時,其中實驗二、實驗四和實驗五為綜合性、設計性實驗。
選用一種合適的集成電路設計工具是順利進行實踐教學的關鍵。我們選用了美國Tanner Research公司開發的一種優秀集成電路設計工具――Tanner Tools Pro,它雖然在功能上不如Cadence、Synopsys等大型工具強大,但它的最大優點是成本低,可以在PC機上使用,而且圖形處理速度快,編輯功能強,便于學習,使用方便,特別適用于高校進行相關的教學和科研工作。Tanner Pro工具在美國和臺灣的很多大學中早已被廣泛應用,臺灣不少IC設計企業也在使用Tanner Pro工具。該工具較新版本為Tanner Tools Pro 13.0,主要包含了S-EDIT(原理圖編輯)、L-EDIT(版圖編輯)、T-SPICE(電路仿真)、W-EDIT(波形觀察)和LVS(版圖與原理圖比對)等幾個功能不同的子工具,滿足了集成電路設計從前端到后端、設計驗證的一系列過程的需要,完全可以適用于《專用集成電路設計》課程的實踐教學。通過我們在課程實驗、畢業設計等實踐教學環節的使用,發現學生對這個工具上手快、掌握熟,對于以后使用其他的IC設計工具也有一定的幫助,而且培養了他們將來涉足IC設計領域的興趣和信心。圖1是學生在實踐教學中得到的一個版圖設計結果。
3 適當講授最新技術進展,以讓學生跟上行業發展腳步為目標
我們都知道,集成電路設計技術、制造工藝等的發展速度飛快,遵循著集成電路最小特征尺寸以每三年減小70%的速度下降、集成度每年翻一番和價格每兩年下降一半的著名的摩爾定律,集成電路的設計和制造技術發展日新月異。因此,在《專用集成電路設計》的教學過程中,必須要根據教學大綱的要求,在系統講授已經設置好的教學內容的前提下,結合具體授課內容,適當講授最新技術進展,以期讓學生跟上集成電路設計行業發展的腳步,并不斷將這些新技術、新進展、新方法、新工具、新工藝融入到授課內容中,做到授課內容常講常新。其實這除了讓學生可以接受到最新的知識和了解到該領域最新進展之外,同時也是一個教學相長的過程,對于教師的教學和相關科研也是一種無形的促進,可以督促教師不斷地跟蹤與IC設計、制造相關的最新研究成果,并進行精心的組織,將這些成果有機融入到課程教學中,做到授課內容的不斷更新,而且這樣也才能夠避免一份講稿多年重復使用,保證教師在教學中的激情,增強教學效果。
在這里僅僅舉一個具體例子。在一次講授到集成電路工藝的內容時,作者為同學們講授了不斷發展的集成電路工藝水平,以及所遇到的工藝發展瓶頸對于摩爾定律的挑戰,還具體講到了Intel公司新推出的0.45nm工藝的CPU,它采用了大大不同于以往的工藝方法,這次工藝變革可以稱得上是“拯救摩爾定律”的一大技術進展。本次課后,不少同學紛紛通過互聯網等來查閱這一最新工藝的具體情形,表現出了濃厚的學習興趣。
4 創新課程考查方式,以激發學生進一步的研究興趣為目標
一門課程的考查方式如何,對于這門課程能不能按照教師的預想,達到既定的最終教學目的,有著比較重要的作用。傳統的一張試卷去“考”出學生學習效果的方式雖然比較簡單省事,但卻過于單調,雖然從某種程度上能夠考查出學生對這門課程知識的掌握程度,但是對于激發學生在學完這門課程之后,對本學科、本領域進行進一步研究的興趣卻作用不大。由于自從接受學校教育以來經歷了無數次的考試,不少學生厭煩考試的情緒比較嚴重,恨不得考完后把教材、作業、筆記等都馬上丟棄,這是現實存在的、我們必須得承認的事實。從某種意義上說,通過考試來考查學生的學習,有時對最終教學目標的實現會起到一定的反作用。而且單純考試的方式也很難發現學生對于這門課、這個領域、這個行業的獨特想法和創新思路。
作者在《專用集成電路設計》教學過程中,結合課程的專業特點,積極探索并實踐了采用提交論文和現場答辯相結合的課程考查方式,即在課程講授到二分之一左右時,布置給學生論文題目,對于論文的范圍、參考文獻的篇數、論文的格式和字數等做出明確而具體的規范,要求學生在最后一次課之前提交自己的論文,做好答辯ppt,并利用專門的時間集中進行答辯,每位學生對自己準備的論文,進行5分鐘左右的講解,并接受教師和其他學生的提問。通過創新課程考查方式,提交論文和現場答辯相結合,讓學生在準備論文和答辯材料的過程中對專用集成電路設計的有關內容和工藝、方法等有了更加深刻的理解,并有了一個系統的知識梳理過程,現場答辯的方式也更能夠展現學生對于集成電路設計的一些獨特的思路和創新性的理解,學生在經歷這一過程時,也促使自己積極思考,主動研究,努力去探索和集成電路、微電子學有關的一些研究方法和最新進展,激發自己在完成本門課程的學習后、甚至是大學畢業后進行進一步研究的興趣和信心;另外還在這個過程中提升了學生的論文寫作能力、科學研究能力。
5 結束語
《專用集成電路設計》課(或者其他名稱的類似課程)在不少設有微電子學專業的重點大學中開設較為普遍,但在沒有微電子學專業的高校特別是非重點高校中開設并不多,對于該課程教學實踐中的一些具體的方法研究和探討需要更加深入。作者在教學實踐中,緊密圍繞本校、本專業的培養目標,以授課對象為主體,遵循課程的教學規律和科學研究規律,選擇合適的授課內容和教學方法,并且不斷地對此進行探索和研究,收到了初步的教學效果。當然,教學創新永無止境,教學方法的研究和探討不能止步,作為一名年輕教師,在今后的教學實踐中,作者將在加強學習以及與同行交流的前提下,進一步拓寬和創新教學思路,探索和完善教學模式,研究和更新教學內容,學習和探討教學技巧,敢于創新,善于創新,真正做到教好書,育好人。
參考文獻:
[1] Michael John Sebastian Smith.專用集成電路[M].虞惠華,等,譯.北京:電子工業出版社,2004.
[2] 路而紅.專用集成電路設計與電子設計自動化[M].北京:清華大學出版社,2004.
物理學是一門實驗科學。物理實驗為理性認識提供了發現物理規律所需的感性材料、檢驗物理理論和假說的正確依據、開拓了物理學應用的新領域。在新課標高考中實驗考查占有的比例逐年增加,與傳統考查相比有下列趨勢:①從機械記憶實驗轉向分析理解實驗、理解物理實驗原理轉變。②從既定的學生分組實驗轉向變化的創新實驗。既定的學生分組實驗已經從高考試題中逐漸退出,取而代之的是學生尚未接觸過的實驗,而與學生做過的實驗有著聯系的實用性、創新性實驗。從考查內容上看呈現如下特點:①實驗的基本原理和思想方法是考查的核心內容。②實驗數據處理是實驗的重要環節,也是高考的重要方面。③基本儀器的使用是高考的熱點。④實驗的實際操作是考查的重點。⑤設計性實驗是考查的難點。面對這些方面,學生感到慌亂,沒有行之有效的復習方法cssci期刊目錄。結合實際我采取了利用歌訣復習物理實驗,收到了較好的效果。
在復習《驗證牛頓第二定律》時,利用了這樣的歌訣:控制變量法,驗證牛二律;實驗第一步,平衡摩擦力;合力等于盤碼重,必須滿足關系式(m?M); 驗證aM成反比,注意選好坐標系。這一歌訣的第一句“控制變量法”,說明了本實驗的實驗思想方法,即“控制變量法”;第二句“驗證牛二律”,說明了本實驗的實驗目的,即“驗證牛頓第二定律”;第三四兩句“實驗第一步,平衡摩擦力”,強調了本實驗的注意事項之一,即消除摩擦力對實驗結果的影響;第五六兩句“合力等于盤碼重,必須滿足關系式(m?M)”,說明本實驗中小盤及砝碼的總重力視為小車受到的拉力,必須滿足關系式(m?M);第七八兩句“驗證aM成反比,注意選好坐標系”,說明本實驗中在處理數據時,aM圖像是曲線,尋找關系不夠明顯,為了解決這一問題,縱軸選a,橫軸選,這樣就可化曲為直,很直觀地發現a和M的反比關系。利用了這一歌訣,不僅本實驗的實驗目的思想方法、注意事項、數據處理技巧等都進行了復習,而且提高了學生學習興趣,從而使學生在輕松的情況下掌握了本實驗的知識,提高了學習效率。
在復習《測定金屬的電阻率》時,利用了這樣的歌訣:兩個定律把ρ測,測U測I測直徑;測D(直徑)要用測微器,讀數規則要注意;L測量莫松動初中物理論文,為減誤差A外接;通過電流要適宜,變阻器使用記心中。第一句“兩個定律把ρ測”,兩個定律說明了本實驗的實驗原理,即電阻定律和歐姆定律,把“ρ測”說明了本實驗的目的,即測定金屬的電阻率;第二句“測U測I測直徑”,說明了本實驗需要測量的物理量,即導體兩端的電壓、通過導體的電流以及導體的直徑;第三四兩句“測D(直徑)要用測微器,讀數規則莫忘記”,強調了本實驗應用的一個重要儀器―螺旋測微器以及螺旋測微器的讀數規則;第五句“L測量莫松動” 強調測量長度時一要注意是接入電路中的有效長度,二要注意測量時導體不能松動;第六句“為減誤差A外接”,伏安法測電阻,測量電路中電流表有外接法和內接法,本實驗中為了減小誤差測量電路中的電流表要用外接法;第七句“通過電流要適宜”,在用伏安法測量電阻時,通過待測導線的電流不宜過大,通電時間不宜過長,以免金屬導線的溫度明顯升高,造成其電阻率在實驗過程中明顯增大;第八句“變阻器使用記心中”,變阻器接入電路中有分壓式和限流式,在本實驗中,由于待測導線的電阻不大,變阻器接入電路時用限流式。利用了這一歌訣,使學生快速掌握實驗原理、思想、注意事項,提高了學習效率。
除了上述實驗外,其它一些實驗也可以采取這一方法復習。如《驗證力的平行四邊形定則》歌訣:白紙釘在木板處,兩秤同拉有角度,讀數畫線選標度,再用一秤拉同處,作出力的矢量圖。如《研究勻變速直線運動》歌訣:測a要用計時器(打點計時器),速度等于位移時間比,使用刻度尺量位移,打點周期0.02秒,交流電壓4—6伏,利用推論(?s=aT2)求加速度。
1引言
本論文主要證明在RC電路放電時電壓隨時間的變化關系實驗.
在RC電路中,當電容兩端有電壓時,關閉開關,電流通過電阻,此時電路中電壓隨時間的變化成何種規律。作者在一本教科書中發現前人已經得出結論,電壓與時間的關系式是.作者通過實驗測量出5個時間點的電壓值與在相同時間點的理論值相比較,看兩者是否接近或相等。
2設計原理及方法:
2.1RC電路放電原理:
電路的過渡過程是指從一種穩定狀態轉到另一種穩定狀態所經歷的變化過程,其變化十分短暫而且是單次變化過程。對時間常數τ較大的電路,可用慢掃描長余輝示波器觀察光點移動的軌跡。對時間常數τ較小的電路,必須使這種單次變化的過程重復出現。為此,我們利用NE555方波發生電路輸出的方波來模擬階躍激勵信號,即令方波輸出的上升沿作為零狀態響應的正階躍激勵信號;方波下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵信號,選擇方波的重復周期遠大于電路的時間常數τ,就可以觀測電路的過渡過程.
在階躍信號下,RC-階電路的零輸入響應和零狀態響應分別按指數規律衰減和增長,其變化的快慢決定于電路的時間常數τ.
2.2時間常數τ的測定方法:
⑴根據-階微分方程的求解得知
(1)
方程⑴為電容放電過程方程,其中U是放電前電容兩端的電壓.
當t=τ時,U0=0.368U.此時所對應的時間就等于τ。其零輸入響應的波形如圖1測試電路如圖2⑴所示.
⑵由零狀態響應波形增長到0.632U所對應的時間就等于τ。其測試電路及波形如圖2⑵和圖3所示.
⑶微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的應用電路,它對電路時間常數τ和輸入信號的周期T有著特定的要求.
RC串聯電路,如果滿足τ=RC<<T/2(T為方波脈沖中的重復周期),且由R端作為響應輸出,這就成了一個微分電路.
(2)
由式(2)可知:電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的微分成正比,電路如圖4⑴.
將圖4⑴中的R與C位置調換一下,即由C端作為響應輸出,且當電路參數的選擇滿足τ=RC>>T/2條件時,則稱為積分電路.
(3)
由式(3)可知:電路的輸出電壓與輸入電壓的積分成正比,電路如圖4⑵.
2.3實驗儀器與軟件介紹
聲卡是多媒體技術中最基本的組成部分,是實現聲波/數字信號相互轉換的一種硬件.在一塊聲卡上有晶振,AD/DA轉換芯片和數字處理芯片及其他輔助電路.因此,它可以作為數據采集卡使用,不過被采集號的頻率被限制在音頻范圍之內.設定了采集頻率,采樣位數,緩沖區大小之后,再利用聲卡的DMA方式進行數據采集工作。利用LabWindows/CVI環境下,借助硬件驅動程序對聲卡的采集頻率,采樣位數,緩沖區大小等分別進行控制,根據用戶的需要調整波形顯示,進行波形分析,從而構成功能強大的虛擬存儲示波器.
CoolEdit軟件與外電路是通過聲卡的連接,當外電路的開關關閉再打開,在CoolEdit軟件的界面會顯示出電壓與時間的關系圖形.將圖形剪切下來,與.mav的文件形式儲存起來.
MATLAB是數學軟件,主要用于對圖象的研究,精確度較高.
2.4實驗設計方法
(1)設置聲卡
①打開聲音高級控制.
圖5
②選擇錄音屬性,打開錄音音量控制面板,將輸入方式選成Line。
③關閉不必要的聲音特效,以免左右聲道互相干擾。
④如果無信號時背景噪聲較大,可以嘗試將一些選項靜音,特別是CD音頻。
⑤調整輸入和輸出的平衡,可借助示波器部分和信號發生器部分實現。
這時信號是從LineIn口輸入的.在輸出音頻信號時,輸入口是沒有信號的.
如果使用其他聲卡,可參照以上步驟設置.注意使用萬能聲卡驅動程序或自帶驅動程序,不要使用Windows帶的驅動程序.如果仍無法正確工作,可換一個驅動程序試試.可能出現的情況:
a聲卡上沒有LineIn口,只有MIC口,在一些廉價主板集成的聲卡上會有這種情況,因為MIC口通常是聲道,也就是示波器只能單蹤工作.
b打開信號發生器,示波器上同時顯示波形,這是輸出反饋到輸入端造成的,可修改各項設置.
(2)在實驗線路板上選取R=5kΩ,C=10μF組成如圖2所示的RC充放電電路.NE555信號發生器輸出的方波信號電壓U=1.5V,頻率f=1kHz,將自制電纜線Φ3.5立體聲插頭插入聲卡的LineIn,另一邊接到實驗線路板上的激勵端口所在位置.
(3)在虛擬示波器上觀察激勵與響應的變化規律,來測時間常數τ,通過調整虛擬示波器界面上的增益、時基和網格按鈕,可清晰地觀測RC的響應曲線,并可計算出時間常數τ.對于R=5kΩ,C=10μF的RC響應曲線如圖6所示.
圖6
(4)適當地改變電容或電阻值,觀察波形變化情況,記錄觀察到的現象.
①選取R=10kΩ,C=10μF,觀察并繪制響應的波形,繼續增大C之值,定性地觀察響應的影響.
②選取R=15kΩ,C=20μF,組成如圖4(1)所示的微分電路,在同樣的方波激勵信號作用下,觀測并繪制激勵與響應的波形.
3數據分析電壓時間
實驗所測得電壓隨時間變化曲線如圖7
4實驗結果分析
①通過計算在相同時間點電壓理論計算值與電壓實際測量的結果的比例進行比較,我們可以發現相同時間的電壓比值幾乎相等,作者在通過改變R與C的值發現相似的結論,由此可以證實前人研究.
②本實驗精確度較高,但難免有誤差的出現,首先在截圖時,很難從電壓最大值開始截取;其次在用MATLAB對圖形進行處理時,很難在特定時間內找到所對應的電壓值點,作者因此選取在此附近的點,由此產生的誤差可達到萬分之一.而且用聲卡測試儀器時,難免有噪音的的影響.
③聲卡測試儀器的優點:可以將電路與計算機連接在一起,并截取錄音,傳送給計算機處理.
聲卡測試儀器的局限性:容易受外界環境及本身其他的功能影響.
5結束語
本實驗室屬于計算機應用實驗,難度較高。實驗要求會使用CoolEditPro2.0,MATLAB6.1等軟件,熟悉聲卡的原理,計算機基本知識及物理原理等等.在此應該特別感謝魯曉東老師,胡依杰同學及費芬同學對我的幫助,他們幫助我找到很多關于這方面的資料.在此次實驗中證實前人已經得出的RC電路放電電壓變化規律,即電壓與時間的關系式結論.
1引言
本論文主要證明在RC電路放電時電壓隨時間的變化關系實驗.
在RC電路中,當電容兩端有電壓時,關閉開關,電流通過電阻,此時電路中電壓隨時間的變化成何種規律。作者在一本教科書中發現前人已經得出結論,電壓與時間的關系式是.作者通過實驗測量出5個時間點的電壓值與在相同時間點的理論值相比較,看兩者是否接近或相等。
2 設計原理及方法:
2.1 RC電路放電原理:
電路的過渡過程是指從一種穩定狀態轉到另一種穩定狀態所經歷的變化過程,其變化十分短暫而且是單次變化過程。對時間常數τ較大的電路,可用慢掃描長余輝示波器觀察光點移動的軌跡。對時間常數τ較小的電路,必須使這種單次變化的過程重復出現。為此,我們利用NE555方波發生電路輸出的方波來模擬階躍激勵信號,即令方波輸出的上升沿作為零狀態響應的正階躍激勵信號;方波下降沿作為零輸入響應的負階躍激勵信號,選擇方波的重復周期遠大于電路的時間常數τ,就可以觀測電路的過渡過程.
在階躍信號下,RC-階電路的零輸入響應和零狀態響應分別按指數規律衰減和增長,其變化的快慢決定于電路的時間常數τ.
2.2 時間常數τ的測定方法:
⑴ 根據-階微分方程的求解得知
(1)
方程⑴為電容放電過程方程,其中U是放電前電容兩端的電壓.
當t=τ時,U0=0.368U.此時所對應的時間就等于τ。其零輸入響應的波形如圖1測試電路如圖2⑴所示.
⑵ 由零狀態響應波形增長到0.632U所對應的時間就等于τ。其測試電路及波形如圖2⑵和圖3所示.
⑶ 微分電路和積分電路是RC一階電路中較典型的應用電路,它對電路時間常數τ和輸入信號的周期T有著特定的要求.
RC串聯電路,如果滿足τ=RC
(2)
由式(2)可知:電路的輸出信號電壓與輸入信號電壓的微分成正比,電路如圖4⑴.
將圖4⑴中的R與C位置調換一下,即由C端作為響應輸出,且當電路參數的選擇滿足τ=RC>>T/2條件時,則稱為積分電路.
(3)
由式(3)可知:電路的輸出電壓與輸入電壓的積分成正比,電路如圖4⑵.
2.3 實驗儀器與軟件介紹
聲卡是多媒體技術中最基本的組成部分,是實現聲波/數字信號相互轉換的一種硬件.在一塊聲卡上有晶振,AD/DA轉換芯片和數字處理芯片及其他輔助電路.因此,它可以作為數據采集卡使用,不過被采集號的頻率被限制在音頻范圍之內.設定了采集頻率,采樣位數,緩沖區大小之后,再利用聲卡的DMA方式進行數據采集工作。利用LabWindows/CVI環境下,借助硬件驅動程序對聲卡的采集頻率,采樣位數,緩沖區大小等分別進行控制,根據用戶的需要調整波形顯示,進行波形分析,從而構成功能強大的虛擬存儲示波器.
Cool Edit軟件與外電路是通過聲卡的連接,當外電路的開關關閉再打開,在Cool Edit軟件的界面會顯示出電壓與時間的關系圖形.將圖形剪切下來,與.mav的文件形式儲存起來.
MATLAB是數學軟件,主要用于對圖象的研究,精確度較高.
2.4 實驗設計方法
(1)設置聲卡
① 打開聲音高級控制.
圖5
② 選擇錄音屬性,打開錄音音量控制面板,將輸入方式選成Line。
③ 關閉不必要的聲音特效,以免左右聲道互相干擾。
④ 如果無信號時背景噪聲較大,可以嘗試將一些選項靜音,特別是CD音頻。
⑤ 調整輸入和輸出的平衡,可借助示波器部分和信號發生器部分實現。
這時信號是從Line In 口輸入的.在輸出音頻信號時,輸入口是沒有信號的.
如果使用其他聲卡,可參照以上步驟設置.注意使用萬能聲卡驅動程序或自帶驅動程序,不要使用Windows帶的驅動程序.如果仍無法正確工作,可換一個驅動程序試試.可能出現的情況:
a 聲卡上沒有Line In口,只有MIC口,在一些廉價主板集成的聲卡上會有這種情況,因為MIC口通常是聲道,也就是示波器只能單蹤工作.
b 打開信號發生器,示波器上同時顯示波形,這是輸出反饋到輸入端造成的,可修改各項設置.
(2) 在實驗線路板上選取R=5kΩ,C=10μF組成如圖2所示的RC充放電電路.NE555信號發生器輸出的方波信號電壓U=1.5V,頻率f=1kHz,將自制電纜線Φ3.5立體聲插頭插入聲卡的Line In,另一邊接到實驗線路板上的激勵端口所在位置.
(3) 在虛擬示波器上觀察激勵與響應的變化規律,來測時間常數τ,通過調整虛擬示波器界面上的增益、時基和網格按鈕,可清晰地觀測RC的響應曲線,并可計算出時間常數τ.對于R=5kΩ,C=10μF的RC響應曲線如圖6所示.
圖6
(4) 適當地改變電容或電阻值,觀察波形變化情況,記錄觀察到的現象.
①選取R=10kΩ,C=10μF,觀察并繪制響應的波形,繼續增大C之值,定性地觀察響應的影響.
②選取R=15kΩ,C=20μF,組成如圖4(1)所示的微分電路,在同樣的方波激勵信號作用下,觀測并繪制激勵與響應的波形.
3 數據分析電壓時間
實驗所測得電壓隨時間變化曲線如圖7
4 實驗結果分析
①通過計算在相同時間點電壓理論計算值與電壓實際測量的結果的比例進行比較,我們可以發現相同時間的電壓比值幾乎相等,作者在通過改變R與C的值發現相似的結論,由此可以證實前人研究.
②本實驗精確度較高,但難免有誤差的出現,首先在截圖時,很難從電壓最大值開始截取;其次在用MATLAB對圖形進行處理時,很難在特定時間內找到所對應的電壓值點,作者因此選取在此附近的點,由此產生的誤差可達到萬分之一.而且用聲卡測試儀器時,難免有噪音的的影響.
③聲卡測試儀器的優點:可以將電路與計算機連接在一起,并截取錄音,傳送給計算機處理.
聲卡測試儀器的局限性:容易受外界環境及本身其他的功能影響.
5 結束語
本實驗室屬于計算機應用實驗,難度較高。實驗要求會使用Cool Edit Pro 2.0,MATLAB6.1等軟件,熟悉聲卡的原理,計算機基本知識及物理原理等等.在此應該特別感謝魯曉東老師,胡依杰同學及費芬同學對我的幫助,他們幫助我找到很多關于這方面的資料.在此次實驗中證實前人已經得出的RC電路放電電壓變化規律,即電壓與時間的關系式結論.
2科技競賽的組織實施
2.1科技競賽項目及要求
首先關于舉辦大學生物理實驗科技競賽的通知。競賽分為初賽、實驗操作和答辯三個環節進行,報名與參賽均以組為單位,每組兩人。初賽以筆試形式考查報名選手的基本知識和基本實驗技能。實驗操作考察學生的動手能力和靈活運用所學知識設計實驗的能力,參照我校現有儀器和條件,提出競賽項目及要求:(1)學生在校期間完成的物理思想清晰,物理知識點明確的實驗制作或測試方法和手段。(2)學生在校期間完成的物理思想清晰、與實驗相關的科研論文和教學論文。教學論文包括物理實驗內容和方法的改進、現代測量技術在物理實驗中的應用以及實驗數據處理優化等。(3)對物理實驗現有儀器進行改進,使操作更加便捷、測量更加精確;對物理實驗現有儀器進行重新組合,開發新的實驗項目,完成新的實驗功能;基于物理課現有實驗項目,提出新的實驗方法。實驗操作中要求兩名選手團結協作,按照自己的設計方案在規定時間內完成儀器調試、數據測量、提交報告。
2.2評判標準
由任課教師對學生提交的論文進行評定,要求論文的物理思想清晰,物理知識點準確,論文結構合理,語言描述流暢,符合科技論文的基本要求。
2.3評獎辦法
由任課老師在每自然班篩選出三組同學進入最終的競賽,評獎小組由所有任課教師和物理實驗老師共同組成,最終采用答辯方式確定前三等獎,并頒發獲獎證書及獎金。其成績可按一定比例計入大學物理實驗課程的總成績。很明顯,這種充分體現學生實踐能力的競賽項目及評獎活動,會充分激發教師和學生做好物理實驗的積極性和“教好”與“學好”的熱情,可有效地將老師和學生結合成統一的整體。
2.4科技競賽項目實例
競賽項目:利用萬用表檢測較為復雜的集成電路故障所需儀器:萬用表;集成電路操作過程分析:首先要根據故障現象,判斷出故障的大體部位,然后通過測量,把故障的可能部位逐步縮小,最后找到故障所在。集成電路中總有一個接地腳與印制電路板上的“地”線是接通的,由于集成電路內部都采用直接耦合,因此,集成塊的其他引腳與接地腳之間都存在著確定的直流電阻。可通過用萬用表測量各引腳的內部等效直流電阻來判斷其好壞,若各引腳的內部等效電阻與標準值相符,說明這塊集成塊是好的;反之若與標準值相差過大,說明集成塊內部損壞。當然,由于集成塊內部有大量的三極管、二極管等非線性元件,在測量中單測得一個阻值還不能判斷其好壞,必須互換表筆再測量一次,獲得正、反向兩個阻值。
只有當內部直流等效電阻正、反向阻值都符合標準時,才能斷定該集成塊完好。也可采用在路測量。先測量其引腳電壓,如果電壓異常,可斷開引腳連線測接線端電壓,以判斷電壓變化是由元件引起,還是集成塊內部引起。在路檢測集成電路內部直流等效電阻時可以不必把集成塊從電路上拆下來,只需將電壓或在路電阻異常的腳與電路斷開,同時將接地腳也與電路板斷開,其他腳維持原狀,測量出測試腳與接地腳之間的內部直流等效電阻的正、反向陽值便可判斷其好壞。效果與不足:學生通過競賽對萬用表的使用方法和注意事項有了更加深入的理解,通過對復雜的集成電路故障的分析檢測,對各種儀器設備的電路故障分析檢測能力有了明顯的提升,懂得了學以致用的樂趣,對其他的物理實驗項目也有了濃厚的興趣。不足之處是每個自然班只有三組同學參加競賽,競賽的影響面不夠寬廣,今后要進一步擴大參賽同學的人數。
2教學方法改革
2.1以多媒體技術進行輔助教學,以形象代替抽象
近年來,射頻電路應用的頻率越來越高,為適應現代通信技術發展的需要,讓學生了解高頻電子通信技術在工業生產領域的應用現狀和發展趨勢。教學過程中,使用多媒體手段進行輔助教學,將教材中的圖形、文字、公式及推導過程形象的展示在課堂上,以取得更好的教學效果,同時,對重點、難點部分設計生動的Flas演示,便于學生對內容的理解和提高學習興趣。在課堂上使用ADS等軟件,對相關章節涉及的實驗進行現場演示,直觀地反映電路的工作原理,讓學生更加形象地掌握電路的工作原理和工作過程,使學生對整個電路有更加深刻的認識。以形象代替抽象,提高了傳統教學方法及手段難以達到的教學效果。
2.2通信電子電路課程設計
課程設計是繼理論教學和實驗教學之后的又一個重要的實踐性教學環節,它的任務是在學生掌握電子技術基礎知識與單元電路的設計能力之后,利用Multisim、ADS等EDA軟件讓學生綜合應用通信電子電路知識進行高頻通信系統電路的仿真設計、安裝和調測,提高綜合應用知識的能力。在理論課程教學期中考試完成以后,引導學生在教師的指導下,自主選題、自主設計來完成,設計過程中要進行數據分析處理和撰寫總結報告等工作,不斷提高同學的自我學習能力、團結協作能力和組織實施能力。具體做法是:(1)自主選題(3名學生自由組合為小組),利用Multisim、ADS等EDA軟件對選題進行調研、分析和設計,并利用軟件仿真得出較為合理的參數和結果;并用實驗完成選題的設計要求,形成創新性作品。(2)學生根據選題任務書撰寫論文。(3)教師根據創新性作品完成情況、論文評定給出成績,成績計入學期總成績。(4)選拔部分能力較強的學生設計制作實際電路,為參加課外科技創新活動做準備。
3理論課程中軟件實驗環節建設
通信電子電路理論課程配有相應的硬件實驗課程,該課程傳統開設的實驗內容以單元電路的驗證為主,且實驗條件有限,學生的主觀能動性沒有充分發揮。鑒于目前射頻電路的應用越來越廣泛,我們對課程進行改革,加入軟件實驗環節,讓學生利用ADS等軟件完成射頻通信電路的設計、仿真和測試,對一些新技術、新器件,及硬件實驗無法進行的實驗內容,可以利用仿真軟件及時的跟蹤、了解、學習使用。提高其綜合應用和動手實踐的能力。如軟件實驗之一“射頻寬帶放大器的設計與仿真”,我們進行了直流分析、設計偏置電路、電路穩定性設計、輸入匹配設計、匹配網絡的實現和原理圖仿真等內容。在2.45GHz處,增益為14dB,噪聲系數小于0.7dB,整個電路無條件穩定,實現射頻寬帶放大器的設計。通過射頻寬帶放大器的實驗,使學生對理論知識有了更深刻的認識,并鍛煉學生的實踐動手能力,達到了預期的效果。
4促進教學團隊的建設
通過“通信電子電路”課程改革與實踐教改項目的實施,不斷吸引教師加入,形成教師團隊,建設一支結構合理、學術水平高、教學能力強的教師梯隊。在完成“通信電子電路”、“通信電子電路實驗”課程的教學、指導電子設計競賽,形成團隊互動,優勢互補、資源共享,提高指導教師的綜合實踐能力,提升競賽成績。