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模拟电子技术课程是电子信息工程专业、自动化控制基础课,也是计算机、机械等专业的重要的技术基础课程。该课程的主要任务是为学生学习专业知识和从事工程技术工作打好电子技术的理论基础,并接受基本技能的训练。学生学好该课程无论是对后续专业课程的学习,还是毕业以后的工作或者对继续深造都起着重要的作用。
1.学生的学习状况
在课堂教学中,开始内容如二极管等学生还可以接受一些知识,但随着教学的深入,如三极管等学生感到了困难,随之学习的兴趣越来越少,主动学习下降,部分学生也就是为了应付考试,最终的教学目的很难达到。
2.教师的实践能力
在模拟电子技术课程中,学生最终应达到两个目标,一是会将实际电路抽象成电路模型,并能分析其原理,当电路出现故障时会修复;二是会分析已经绘出的电路模型,达到实现电路设计的目的。要实现这两个目的,需具备两个条件,一是教师的实践能力,二是实验设备与手段。现任的部分高校教师中,有的是从应试教育的模式中培养出来的,他们中的绝大多数人都是从学校出来后直接进入教育岗位的。教师本身就没有实践经验,所以在教学中只能有意无意地避开实践环节。但这一现象导致了人才培养的瓶颈。因此,教师和学校都应从这不正确的认识中尽快地走出来。教师是否了解学科技术的前沿,能否更多地将当前新工艺、新电子元件、新仪器产品等内容融入课堂教学是至关重要的。
3.实验课的现状
部分院校因资金不足,实验设备跟不上教学的发展,实验质量也因此受到很大的影响。所以,合理地增加实验经费,更新实验设备非常重要。另外,课时的压缩,导致教师把重点放在知识的传授上,对于实践环节只用很少的课时,这对提高学生的动手能力是不利的。
二、模拟电子技术教学探究
1.注重基础知识教学的同时避免过于片面强调以集成电路为主,理由如下:
(1)模拟电子技术是学生第一次接触到的一门工程型、技术型、实用型的课程,它与先修课程“电路”有一定的差别。模拟电子电路具有―定功能的实用电路,学生在学习模拟电子电路课程时,由于受习惯思维的影响,碰到的第一个疑点和难点是不理解模电课程的工程性特点;而且面对实际的模拟电路进行分析和计算时,要引入有源器件参数的离散性和误差。考虑到这些基本因素,学生在学习模拟电路的过程中是否能采用在一定的误差和容差范围内,忽略某些次要因数,而抓住主要矛盾来进行工程估算,使之既不失设计计算的正确性和可靠性,又能使分析和设计计算简单化。这种基本能力的培养,显然应该作为模拟电子电路教学的基本出发点,而片面强调以集成电路为主势必会削弱学生这种基本能力的培养和建立。
(2)模拟电子技术课的概念多,所涉及的基本理论、基础知识和基本方法对学生的能力培养起着重要的作用;而且课程的内容体系与其他相关的专业课程之间保持着紧密的衔接和交融,因此在基本概念的讲述上不能压缩篇幅。另外,概念清楚、基础理论扎实,也是灵活应用集成电路的关键。
2.以实例为基础,讲授课程的主要内容
为提高学生的学习兴趣,开始先提出一个实际问题,例如用比较通俗语言讲解“万用表”时,对“万用表”产品的原理方框图,先提出问题,再解决问题,在解决问题中根据课程基础知识衔接问题,确定方框图中各个方框详细内容解剖的顺序,在讲解基本原理的基础上一个一个攻克。在学生的头脑中始终有一个主线。解决实际问题,课程的主要内容逐步展开,使学生清楚学习完某一个单元电路后,它可以解决什么问题,今后如何应用。例如:介绍检波时,先介绍二极管的构成、符号和特性,在介绍二极管的各种用途时,重点讲解二极管的检波特性,即如何将交流电变为直流电的过程,同时使学生对单元电路和整体之间的关系有深入了解。又如讲解放大器时,从三极管入手,可将模拟电路的主要内容引出。
3.以实例为切入点,改进实验手段,培养学生的设计能力
在教学中尽量多地通过实例的引用,使课堂教学内容丰富,不断激发学生的学习兴趣。但增加实验课时与改进实验手段仍是实现培养目标的关键。首先应明确实验课已不是传统意义上的电路物理量的测量与计算、验证定理。随着计算机的迅速发展,实验应提供给学生电子自动化设计工具,如仿真软件,该软件能够模拟电路的性能,可以把它引入到教学与实验中,课堂上以实例中的某一模块为切入点,用计算机模拟电路性能并进行输入输出测量,使学生对实际电路的性能有较直观的了解,并借助该软件分析电路。
4.在实验教学和实验室科学化管理中加强计算机的应用
电子电路实验是一门综合性课程,除了不同特点、不同层次和不同训练目标的实践内容外,它还应包含仪器使用训练、实验基础知识、器件应用常识和工程实践常识等。因此,引入包括多媒体演示、电子教案、计算机仿真技术、局域网教学在内的多种教学手段,是激发学生学习兴趣及提高教学效率与质量的必要条件。这些现代化的教学手段都与计算机应用技术密不可分。实验教学及实验室管理是一项综合性工程,它将直接影响实验教学质量。
关键词:模拟电子技术,数字电子技术应用
中图分类号:TN710文献标识码:A文章编号:1674-098X(2019)04(c)-0164-02
随着电子技术发展水平不断优化,数字电子技术与模拟电子技术发展迅猛,其应用性均呈现扩张趋势。就双方的具体特征而言,模拟电子技术生产成本较低,通过便利的使用性能收获了群众的喜爱,但是数据的精度与准度较低,缺陷性明显。因此,模拟电子技术具体应用在低端设备,并且对于具体的精度准度要求较低。与之相对,数字电子技术呈现出良好的精度与准度特征,其数据更加全面与真实,在具体的运行工程中能够保证设备的整体效能发挥,提升工作效率。但是,因为精度与准度不断提升与优化,其工程造价远高于与模拟电子技术。
1模拟电子技术、数字电子技术简介
1.1模拟电子技术
模拟电子技术核心在于电路,通过全面有序地将电路进行细化,保证整体效能的稳定发挥。模拟电子技术处理模式较为简易,通过形成连续信号来提升工作效率,在相应的电子技术中发挥着重要的作用。因为模拟技术具有成本低廉、应用性能较广等特点,使得具体的模拟电子技术深受低精度领域产业的喜爱。但是,其低廉的成本带来了较大的问题,在具体的应用过程中,噪音问题无法解决,信号传播效率较差,并且容易受到电磁干扰,在一定程度上加重了失真和数据性能不足的问题,使得群众的具体使用满意度不足,带来了一定的不便性,同时也影响着人们对于电子技术的认识,造成在使用过程中频繁出现问题,阻碍着模拟电子技术的向前发展。
1.2数字电子技术
数字电子技术以抽样定理作为运算基础,在与抽样信号相结合的过程中,不断提升与优化数据的精度与准度。因为其自身运算逻辑严密,所以其精准度远超模拟电子技术。因为自身综合能力优异,数字电子技术应用广泛,并且能够保证数据信息安全有序的传播,将所有的不利因素,即噪音、电磁波等进行规避,保证了实际的播放效果与播放质量。与此同时,数字电子技术内部的安全系统健全,通过加密的方式来切实提升安全性,不断优化数据,保证整体的工作效能,切实提升工作效果。
2模拟通信和数字通信的分析和研究
2.1分析模拟通信的优缺点
模拟通信因为自身的安全性能不健全,使得具体的保密工作不到位,容易受到严重的电子干扰,从而产生信息泄露和他人盗取信息等问题。与此同时,其抗干扰能力较差,在具体的通信过程中,噪音会对通信质量产生严重的破坏,降低了整体的通信质量与通信水平。其優点也显而易见,即使用方便与造价低廉,是通信要求较低的企业和个人的福音。
2.2分析数字通信的优缺点
数字通信因为自身系统性和技术性较强,所以其频带较宽,并且对于技术性要求不断提升,其发展速度必须与相关电子技术发展水平同步。因为自身的精度要求较高,对于同频技术需求较大,其误差同样需要量化与整合。同样,其优点明确,即抗干扰能力和数据的精度与准度远超模拟电子技术,信息处理能力优越。目前,我国的高清电视大多使用数字电子技术,其信号传播率传播能力不断优化与提升。同时,数字电子技术通过构建完整的通信网络来切实提升和优化信号处理能力,保证通行的安全性与稳定性全面提升,为电子计算机技术与通信技术搭建了良好的沟通与合作的平台,保证二者紧密结合。相比与传统的通信技术,现代通信采用网络数据模式来保证接线工作的迅捷程度,大大解放了接线员大量的工作任务,并切实减少因人为因素带来的误差,保证工作效率与相关经济效益的全面提升。在存储方面,数字电子技术凭借优质的存储系统极大地便利了存储工作,不断优化和提升整体存储性能。
3模拟信号和数字信号在数字电子技术应用中的体现
模拟信号和数字信号通过文字、语音、视频等形式来将相应的信号数据进行有序的整理与表达,形成了良好的表现形式。
3.1模拟信号
模拟信号是指在特定的参数范围内,通过连续的或者有一定间隔的信息特征进行数据化表达,并最终产生信息数据。在传统的模拟信号模式下,电话与电视均采用有线模式,即通过将数据信息进行线路传播,在形成声音信息之后,通过用户声音来进行相应的变化与处理,保证时间呈现连续性特征。简而言之,即通过转换数据信息,使之以电信波的形式进行有线传输,在数据传出之后,将电信号进行备份与还原,使之能够直接应用于具体的生活与生产工作中来。
模拟是一种富有时效性与真实性的表达模式,在我们的日常生活中应用广泛,我们看到的具体事物或者通过多媒体设备看到的具体数据信息皆属于模拟,其应用型广泛,并与我们的日常生活与生产关系紧密。因为模拟自身的特殊性质,所以在其运行过程中需要载体,载体形式多样,可以使胶卷或者白纸,也可以是专业的数据云盘。同时,模拟工作同样对工具的需求性较高,模拟设备多样,可以是电视机或者音响。模拟的传播方式多样,可以采用传统的纸质传播,也可以使用先进的互联网技术进行传播。
3.2数字信号
数字信号的工作模式是去表示数字量,其特征是将信号进行状态变化,使其趋于稳定与跃式发展。数字信号的表现形式为电位型和脉冲型,前者的表示法则在于将不同状态的电位信号通过零和一来进行表达。后者的表示模式为将脉冲模式通过零和一来进行表达。在科学技术水平日新月异的今天,数字化技术不断成熟与优化,数字时代正式来临,通过数字来对人们的实际生活进行有序的表达,保证生活水平不断提升,信息的精度与准度同步优化。在具体的数字通信过程中,通过将数字信号作为信息传输的载体,保证信息传播的有序性与完整性,通过使用二进制信号表达模式,切实提升了表达工作的简易程度,缓解了数字表达的工作压力。
3.3在通信技术中模拟电话通信与数字电话通信的区别
模拟电话通信模式下,线路传输工作的起点是信号发送端,在发送端将模拟信号进行整合后,用声能的形式来进行传输,之后通过使用电能转化器来根据音频和声波来将变化着的声能进行转化与还原,保证用户能够收到模拟信号,并将其数据信号进行还原,其工作模式为数据信息-声能-电能-数据信息,形成一定的循环。数字电话通信模式下,语音声波直接转化为模拟信号,通过声音与电能的装换来简化工作流程,通过二进制算法来保证模拟信号的精度与准度,实现良好的声电、电声转换循环,保证用户在使用过程中能够切实减少工序,相应的操作工作也在同步减少。
关键词:电子设计竞赛;项目化;电子技术;仿真
电子设计竞赛是非常重要的大学生学科竞赛活动,推动了高等学校电子信息类专业课程体系和课程内容的改革,不仅培养了大学生的实践创新能力和团队协作精神,而且提高了学生的工程实践素质。另外,大赛组委会还增加了全国大学生电子设计竞赛模拟电子系统专题邀请赛,命题以模拟电子系统设计为主题,内容涉及模拟信号获取、处理、转换、产生以及变换技术等方面。由此可以看出模拟电子技术在电子信息类专业课程体系中的重要地位。模拟电子技术是电子信息类专业非常重要的专业基础课,对学生后续课程的学习有着举足轻重的作用。随着电子技术的发展,数字电路的应用越来越普遍,使得部分学生产生了模拟电子电路不再重要的错误认识。由于传统的教学模式存在着过分重视理论知识考核成绩,重分析轻设计,验证性实验多综合性实验少等问题,加上课程学时数的不断减少,使得模拟电子技术课程的学习效果不尽理想。综上所述,进行模拟电子技术课程教学改革已势在必行。安徽工程大学电气工程学院在总结学生多年参加电子设计竞赛经验的基础上,利用仿真计算和自制教学设备相结合的教学手段,建立了以项目化为核心的模拟电子技术课程教学体系,并取得了显著的教学效果。
1以电子竞赛题目为依托,设计项目化教学任务
全国大学生电子设计竞赛的题目是在广泛开展赛区征题的基础上由专家统一进行命题,具有较高的前瞻性。通过分析大赛命题所包含的知识点,结合模拟电子技术教学大纲中的内容,建立项目化教学任务,实现该课程由重理论到重实践的转变[1~3]。电气工程学院师生经过多年的探索,结合电子竞赛中用到的知识点,建立了若干个综合性的实验项目,实现模块化教学[4~6]。通过这些项目,学生可以很轻松得将理论和实践联系起来,加深对所学知识的理解。这里以其中的一个实验项目“差动变压器式位移传感器的调理电路设计和制作”为例进行说明。图1所示的是差动变压器式位移传感器调理电路原理框图。图中正弦波或方波产生电路的功能是产生一定频率的正弦波或方波,用来激励传感器的初级线圈;检波电路的功能是将差动变压器次级线圈输出的电压转换成一个既能反映位移大小,又能反映位移方向的电压信号;放大电路的功能是将检波电路得到的小信号放大成合适的大信号;滤波电路的功能是将放大信号的高频分量滤掉,获得一个纯净的直流电压信号;转换电路的功能是将电压信号转换成电流信号,以便适应信号的远距离传输;直流电源电路的功能是对整个电路进行供电,一般情况下供电电压为24VDC。该电路通常用来检测物件移动的位移量,在电子设计竞赛中的应用非常普遍,同时整个调理电路基本上包含了模拟电子技术课程的所有知识点。表1为调理电路包含的单元电路和教学大纲的对应关系。
2仿真计算和自制教学设备相互融合
随着计算机技术的发展,仿真计算在学习和研究工作中的地位日益提高[7~8]。仿真计算已经与理论分析、科学实验成为当代科学研究的三大支柱。在电路板制作之前未能发现设计缺陷可能延迟计划,从而显著增加成本,仿真则有助于这类问题的及时发现。在模拟电子技术教学过程中,支持“理论分析仿真计算实验验证”的完整流程。目前,在计算机上搭建仿真计算的平台非常容易,这就为课程教学实现理论和实践结合提供了极大的便利。全国大学生电子设计竞赛考查参赛者的一项重要能力就是设计并制作电路板。我校电气工程学院师生结合历年电子设计竞赛的题目,先用PSpice软件进行仿真,然后自行设计制作了多套实验装置,并用于实验教学。其中,2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题要求利用综合测试板上的555芯片和四运放324芯片,设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波I、正弦波II的波形产生电路。图2是其中一个单元电路即方波和锯齿波产生电路的仿真计算,(a)图为方波和锯齿波产生的电路原理图,(b)图为uo1端输出的方波波形,(c)图为uo2端输出为锯齿波波形。同样,可以利用PSpice软件对其它单元电路进行仿真计算。图3为自制的2013年全国大学生电子设计竞赛综合测评题的PCB图和实物图。
3教学改革的效果
以项目化教学任务为载体,结合大学生电子设计竞赛,优化了模拟电子电路课程的教学内容,并采用最新的教学手段,培养了学生的动手能力、创新能力和团队协作精神。
3.1学生理论基础明显扎实
以前学生在学习模拟电子电路时,很多概念学得不是很扎实,自从课堂教学中使用了仿真计算后,特别是我校电子电气类专业开设了仿真软件学习课程,学生的学习兴趣明显提高。学生可以利用仿真软件对学习的每一个电路都进行仿真计算,这样可以很好地检验理论学习的效果。
3.2学生竞赛成绩显著提高
自从教学改革以来,参加电子设计大赛的人数大幅度提高,同时取得了很好的成绩。截止到2017年,我校电气工程学院学生参加大学生电子设计竞赛,共获得国家级一等奖3个,国家级二等奖2个,2014年和2015年蝉联安徽省TI杯,成绩喜人。
4结语
在总结电子竞赛经验的基础上,运用仿真软件进行项目化教学,对模拟电子技术课程教学进行了全方位的改革,优化教学内容,革新教学手段,形成了完善的课程体系。通过多年的教学实践,该体系能够有效地调动学生的主动性,在最近几年模拟电子技术课程考试中,学生的不及格率明显下降。同时,教学改革的各项措施,提高了学生的实践创新能力,教学效果显著。
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《模拟电子技术基础》是根据西北工业大学面向21世纪课程教材建设的总体规划,并结合现代科学技术发展的形势与当今的应用环境组织编写的。
全书共分为8章,是电子技术基础的一个重要分支,是电气、电子信息类和部分非电类专业本科生在电子技术方面入门性质的技术基础课。课程主要内容包括半导体基础知识、放大电路基础、多级放大电路、集成运算放大电路、放大电路的频率响应、放大电路的反馈、信号的运算和处理、波形的产生和信号的转换、功率放大电路等。
课程通过对常用电子器件、模拟电路及其系统的分析和设计
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论文摘要:《模拟电子技术》是电专业的一门非常重要的专业基础课程。《模拟电子技术》的教学改革具体表现在教学内容、教学方法、教学手段、实践环节、等方面的改革。本文对模拟电子技术课程简单介绍,通过五方面阐述了模拟电子技术教学改革的方法,并对模拟电子技术课程的发展进行展望。
一、引言
《模拟电子技术基础》课程是工科电气信息类专业的一门重要技术基础课程,其工程性和实践性都很强。它是继《电路分析基础》之后又一门主干技术基础课程。并与《通信电子线路》一起为电子专业的学生提供有关模拟电子电路必备的理论基础知识,也为其它实践性课程和专业课程提供了必要的知识准备。模拟电子技术基本概念多、原理强、与工程实践联系紧密,分析方法与以往的课程有很大的不同,再加上课程“学时少,内容多”,学生学习起来普遍感到困难。为达到应用型的人才培养目标、以专业素质教育为教学目标,以基本概念、基本原理、基本分析方法为教学内容。在将基本教学内容贯穿课程始终的同时,加强对学生应用技能的培养,并在教学过程中采取多种教学方法贯彻落实。
二、模拟电子技术教学改革的基本方法
(一)强化基本概念,加强实践应用。本课程有很多基本概念,这些基本概念回答的是模拟电路最基本的问题,构成了该门课程的根基,因此必须强化基本概念,并在应用中反复强调,进一步加深印象。模拟电子技术基础课程有很强的实践性,而实验是培养理论联系实际、动手能力、严谨的科学态度和科学研究方法的重要手段。应精选了最基本的和有较高实用价值的综合实验项目。实验过程中,注重介绍新仪表、新仪器的使用,这样学生会直接感受到科技发展带来的巨大方便,通过对企业及毕业生的跟踪调查,进一步明确了知识体系的重点和难点,明确了学生学习本课程的核心能力。基础实验、综合实验和创新实验(课程设计中完成)三阶段台阶式教学方式,教学目的层次分明,循序渐进,使学生从常用电子仪器的使用方法和电子电路的测试方法学起,通过综合应用到创新的设计和实现,经历完整的科学的自主的训练过程,培养了学生实践能力、综合应用能力和创新意识,使之在“硬件”实现和eda技术的应用上能够达到一定的水平,并为进一步发展打下基础。加上之后的“电子工艺实习”、“电子设计大赛”和贯穿学生学习期间的课外科技活动,形成一个整体,使对电子技术感兴趣的学生能够有个性地健康发展,达到较高的水平。
(二)在教学过程中注重定性分析。从工程思维观念出发,不过分追求理论分析的严谨。注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步的观念和创新意识,学习科学的思维方法。例如,介绍rc串并联选频网络的选频特性时,先定性分析该网络对低频和高频信号的相移,确定有一频率信号通过时相移为零,依据该特点再与放大电路配合,满足振荡相位平衡条件,则该选频网络就具有选频特性,其定量推导只给出思路和结果即可。
(三)化大为小,化繁为易。对于难度较大的内容,采取化大为小,化繁为简,各个击破的方法。例如,负反馈组态的判断是一个难点,要根据反馈性质、取样方式、反馈方式进行判断,每一类判断又有多种方法,若三类判断混在一起讲,多种方法无重点的讲,学生一方面很容易混淆,另一方面每种方法可能都掌握不好。为此,我们把三类判断分开讲,讲一种,练一种,学生掌握后,再讲下一种,把大难点分散为小难点,再各个击破。讲判断方法时,先介绍定义法,然后引出短路法,最后引出更简单易行的方法——从结构判断,并重点练习,这样将繁琐的判断简单化,化繁为简,便于学生掌握。
(四)及时对教学内容进行改革。模拟电子技术是当今自动化控制的基本手段,集成化技术发展非常快,因此及时调整教学内容,追踪最新技术,增加新知识,讲授中对分立元件的电路从器件、电路产生的背景和需求入手进行基本原理分析,然后讲解其结构、作用和电路的分析,并将重点放在广泛应用的集成元件的电路分析和使用上。
(五)采用多种形式的课堂教学。在教学手段上,利用现代化教学手段,采用多媒体课件、黑板授课及实验仿真和实际操作相结合的方法,将肢体语言与声光电有机的结合起来,全方位对学生实施情景教学,学生可以在电脑上进行课程实验的调试与测量,加大课程信息量,使学生对所学知识产生兴趣,很快进入学习状态。教学活动的主体是学生,为了能让学生真正参与到教学活动中,我们采用讨论课、练习课、提问课等多种形式,激发学生学习兴趣,培养学生创新精神。采用启发式、仿真环节、边讲边练、理论与实践穿行的教学方法,在讲授完本节内容的同时提出新问题,为下面的新内容、新知识的讲授作好铺垫。做到“提出问题——¬¬¬¬¬引导思考——求证归纳”,同时总结一些有助于学生形象化思维和记忆的窍门、比喻,通过传授知识提高学生的学习兴趣,使学生和教师达到互动,调动大家学习的积极性。
三、结束语
随着电子技术学科的发展,如何更好地解决基础与发展、基础知识与实际应用、理论与实践等矛盾,处理好“宽”“新”“深”的关系,建立先进和科学的教学结构,以适应不断更新的课程内容体系始终是我们改革的重点。本课程需要建立起课堂教学、实验教学、网络教学和eda教学交叉融合的教学结构,并使各教学环节各司其职,相辅相成,互相交融,实现“加强基础,注重实践,因材施教,促进创新”的同一个目标,并不断地研究国内外高等教育的发展,把新的教育思想、教学方法和教学手段恰当地应用于本课程。
参考文献: