模拟电路综合设计
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模拟电路综合设计范文第1篇
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-02
1 模拟集成电路设计的意义
当前以信息技术为代表的高新技术突飞猛进。以信息产业发展水平为主要特征的综合国力竞争日趋激烈，集成电路（IC，Integrated circuit）作为当今信息时代的核心技术产品，其在国民经济建设、国防建设以及人类日常生活的重要性已经不言
而喻。
集成电路技术的发展经历了若干发展阶段。20世纪50年代末发展起来的属小规模集成电路（SSI），集成度仅100个元件；60年展的是中规模集成电路（MSI），集成度为1000个元件；70年代又发展了大规模集成电路，集成度大于1000个元件；70年代末进一步发展了超大规模集成电路（LSI），集成度在105个元件；80年代更进一步发展了特大规模集成电路，集成度比VLSI又提高了一个数量级，达到106个元件以上。这些飞跃主要集中在数字领域。
（1）自然界信号的处理：自然界的产生的信号，至少在宏观上是模拟量。高品质麦克风接收乐队声音时输出电压幅值从几微伏变化到几百微伏。视频照相机中的光电池的电流低达每毫秒几个电子。地震仪传感器产生的输出电压的范围从地球微小振动时的几微伏到强烈地震时的几百毫伏。由于所有这些信号都必须在数字领域进行多方面的处理，所以我们看到，每个这样的系统都要包含一个模一数转换器（AD，C）。
（2）数字通信：由于不同系统产生的二进制数据往往要传输很长的距离。一个高速的二进制数据流在通过一个很长的电缆后，信号会衰减和失真，为了改善通信质量，系统可以输入多电平信号，而不是二进制信号。现代通信系统中广泛采用多电平信号，这样，在发射器中需要数一模转换器（DAC）把组合的二进制数据转换为多电平信号，而在接收器中需要使用模一数转换器（ADC）以确定所传输的电平。
（3）磁盘驱动电子学计算机硬盘中的数据采用磁性原理以二进制形式存储。然而，当数据被磁头读取并转换为电信号时，为了进一步的处理，信号需要被放大、滤波和数字化。
（4）无线接收器：射频接收器的天线接收到的信号，其幅度只有几微伏，而中心频率达到几GHz。此外，信号伴随很大的干扰，因此接收器在放大低电平信号时必须具有极小噪声、工作在高频并能抑制大的有害分量。这些都对模拟设计有很大的挑战性。
（5）传感器：机械的、电的和光学的传感器在我们的生活中起着重要的作用。例如，视频照相机装有一个光敏二极管阵列，以将像点转换为电流；超声系统使用声音传感器产生一个与超声波形幅度成一定比例的电压。放大、滤波和A/D转换在这些应用中都是基本的功能。
（6）微处理器和存储器：大量模拟电路设计专家参与了现代的微处理器和存储器的设计。许多涉及到大规模芯片内部或不同芯片之间的数据和时钟的分布和时序的问题要求将高速信号作为模拟波形处理。而且芯片上信号间和电源间互连中的非理想性以及封装寄生参数要求对模拟电路设计有一个完整的理解。半导体存储器广泛使用的高速/读出放大器0也不可避免地要涉及到许多模拟技术。因此人们经常说高速数字电路设计实际上是模拟电路的
设计。
2 模拟集成电路设计流程概念
在集成电路工艺发展和市场需求的推动下，系统芯片SOC和IP技术越来越成为IC业界广泛关注的焦点。随着集成技术的不断发展和集成度的迅速提高，集成电路芯片的设计工作越来越复杂，因而急需在设计方法和设计工具这两方面有一个大的变革，这就是人们经常谈论的设计革命。各种计算机辅助工具及设计方法学的诞生正是为了适应这样的要求。
一方面，面市时间的压力和新的工艺技术的发展允许更高的集成度，使得设计向更高的抽象层次发展，只有这样才能解决设计复杂度越来越高的问题。数字集成电路的发展证明了这一点：它很快的从基于单元的设计发展到基于模块、IP和IP复用的
设计。
另一方面，工艺尺寸的缩短使得设计向相反的方向发展：由于物理效应对电路的影响越来越大，这就要求在设计中考虑更低层次的细节问题。器件数目的增多、信号完整性、电子迁移和功耗分析等问题的出现使得设计日益复杂。
3 模拟集成电路设计流程
3.1 模拟集成电路设计系统环境
集成电路的设计由于必须通过计算机辅助完成整个过程，所以对软件和硬件配置都有较高的要求。
（1）模拟集成电路设计EDA工具种类及其举例
设计资料库―Cadence Design Framework11
电路编辑软件―Text editor/Schematic editor
电路模拟软件―Spectre，HSPICE，Nanosim
版图编辑软件―Cadence virtuoso，Laker
物理验证软件―Diva，Dracula，Calibre，Hercules
（2）系统环境
工作站环境；Unix-Based作业系统；由于EDA软件的运行和数据的保存需要稳定的计算机环境，所以集成电路的设计通常采用Unix-Based的作业系统，如图1所示的工作站系统。现在的集成电路设计都是团队协作完成的，甚至工程师们在不同的地点进行远程协作设计。EDA软件、工作站系统的资源合理配置和数据库的有效管理将是集成电路设计得以完成的重要保障。
3.2 模拟集成电路设计流程概述
根据处理信号类型的不同，集成电路一般可以分为数字电路、模拟电路和数模混合集成电路，它们的设计方法和设计流程是不同的，在这部分和以后的章节中我们将着重讲述模拟集成电路的设计方法和流程。模拟集成电路设计是一种创造性的过程，它通过电路来实现设计目标，与电路分析刚好相反。电路的分析是一个由电路作为起点去发现其特性的过程。电路的综合或者设计则是从一套期望的性能参数开始去寻找一个令人满意的电路，对于一个设计问题，解决方案可能不是唯一的，这样就给予了设计者去创造的机会。
模拟集成电路设计包括若干个阶段，设计模拟集成电路一般的过程。
（l）系统规格定义；（2）电路设计；（3）电路模拟；（4）版图实现；（5）物理验证；（6）参数提取后仿真；（7）可靠性分析；（8）芯片制造；（9）测试。
除了制造阶段外，设计师应对其余各阶段负责。设计流程从一个设计构思开始，明确设计要求和进行综合设计。为了确认设计的正确性，设计师要应用模拟方法评估电路的性能。
这时可能要根据模拟结果对电路作进一步改进，反复进行综合和模拟。一旦电路性能的模拟结果能满足设计要求就进行另一个主要设计工作―电路的几何描述（版图设计）。版图完成并经过物理验证后需要将布局、布线形成的寄生效应考虑进去再次进行计算机模拟。如果模拟结果也满足设计要求就可以进行制造了。
3.3 模拟集成电路设计流程分述
（1）系统规格定义
这个阶段系统工程师把整个系统和其子系统看成是一个个只有输入输出关系的/黑盒子，不仅要对其中每一个进行功能定义，而且还要提出时序、功耗、面积、信噪比等性能参数的范围要求。
（2）电路设计
根据设计要求，首先要选择合适的工艺制程；然后合理的构架系统，例如并行的还是串行的，差分的还是单端的；依照架构来决定元件的组合，例如，电流镜类型还是补偿类型；根据交、直流参数决定晶体管工作偏置点和晶体管大小；依环境估计负载形态和负载值。由于模拟集成电路的复杂性和变化的多样性，目前还没有EDA厂商能够提供完全解决模拟集成电路设计自动化的工具，此环节基本上通过手工计算来完成的。
（3）电路模拟
设计工程师必须确认设计是正确的，为此要基于晶体管模型，借助EDA工具进行电路性能的评估，分析。在这个阶段要依据电路仿真结果来修改晶体管参数；依制程参数的变异来确定电路工作的区间和限制；验证环境因素的变化对电路性能的影响；最后还要通过仿真结果指导下一步的版图实现，例如，版图对称性要求，电源线的宽度。
（4）版图实现
电路的设计及模拟决定电路的组成及相关参数，但并不能直接送往晶圆代工厂进行制作。设计工程师需提供集成电路的物理几何描述称为版图。这个环节就是要把设计的电路转换为图形描述格式。模拟集成电路通常是以全定制方法进行手工的版图设计。在设计过程中需要考虑设计规则、匹配性、噪声、串扰、寄生效应、防门锁等对电路性能和可制造性的影响。虽然现在出现了许多高级的全定制辅助设计方法，仍然无法保证手工设计对版图布局和各种效应的考虑全面性。
（5）物理验证
版图的设计是否满足晶圆代工厂的制造可靠性需求？从电路转换到版图是否引入了新的错误？物理验证阶段将通过设计规则检查（DRC，Design Rule Cheek）和版图网表与电路原理图的比对（VLS，Layout Versus schematic）解决上述的两类验证问题。几何规则检查用于保证版图在工艺上的可实现性。它以给定的设计规则为标准，对最小线宽、最小图形间距、孔尺寸、栅和源漏区的最小交叠面积等工艺限制进行检查。版图网表与电路原理图的比对用来保证版图的设计与其电路设计的匹配。VLS工具从版图中提取包含电气连接属性和尺寸大小的电路网表，然后与原理图得到的网表进行比较，检查两者是否一致。
参考文献
模拟电路综合设计范文第2篇
高校非电子类工科专业都开设有包括模拟电路和数字电路的电子类基础课程，并配有相应的实验教学内容，为后续理论和实践教学建立基础［1］。实验教学是学习主动性和综合能力培养的最重要手段，针对非电子类专业的学生开展电子系统综合实验内容，提高学生在电子系统方面的理论水平和实践能力，是改善这种状况的有效途径［2－3］。现有电子综合实验系统大多面向电子类专业，偏重于数字部分，模拟部分被弱化，没有突出通用电子系统的结构，缺乏包括简单设计和调试的综合内容［4］。基于此，我们研制了面向非电子类工科学生的电子综合实验系统用于实验教学，增强学生对电子系统结构和原理的理解，提高学生使用、维护和调试电子系统的能力。
1系统概述与结构
电子综合实验系统采用功能模块化设计，学生可以综合多个模块进行实验，利用工具和支撑软件设计和调试，完成具有特定功能的电子系统［5］。系统电路原理以学生容易接受的温度控制为设计目标，分别用模拟和数字2种方式实现温度测量、加热和冷却控制。系统主要由电源模块、传感器及放大模块、加热功率驱动模块、风扇PWM调速驱动模块，MCU控制模块和配套设备（示波器、数字万用表和信号发生／计数器）等组成，见图1。40mm×40mm铝制散热片下方贴功率约15W的发热膜构成加热模块，中心区域嵌入多种温度传感器，上方安装冷却风扇，控制加热电流和风扇转速可使温度稳定在室温到85℃范围内的任意值。模拟部分：传感器的信号经运算放大器处理后用于加热功率控制或风扇控制，加热功率控制采用电流调节方式，风扇驱动采用PWM方式。数字部分：运算放大器处理过的传感器信号经A／D转换后传给MCU，MCU模块可以实现数据转换、数据传输、控制和显示等功能。另外，通过串口或USB口连接PC机，可以开展基于Labview的实验内容。
2硬件设计
2．1电源部分系统设计有2路电源，一路为AC220V经开关电源模块输出DC18V，用于加热模块驱动；另一路为线性电源设计，AC220V经变压器降压，然后整流、滤波，再经电压调整器LM317稳压后获得DC5V，用于加热模块之外的所有电路。实验中可以介绍常用线性电源和开关电源各自的结构和特点。
2．2温度传感器应用系统采用热敏电阻、铂电阻、AD590和DS18B20等温度传感器，根据它们的特性（见表1）设计应用电路，通过多路选择开关实现每种传感器对加热功率或风扇转速的单独控制［6］。实验中学生可以了解各种传感器的特点及应用电路，利用Multisim仿真分析不同温度下实验系统电路的输出特性，并与实际测量值比较，也可以指定输出参数，学生设计并修改电路元件参数。
2．3加热驱动和风扇PWM驱动加热模块驱动采用晶体管功率放大电路进行设计，运放反馈控制电流调节，晶体管自身的功率耗散随电变化较大，须考虑器件的散热。冷却风扇使用霍尔传感器换向无刷直流电机，具有转速测量输出功能。利用电压比较器LM393和R、C的充放电特性设计PWM发生电路，来驱动风扇，频率约200Hz，调节PWM占空比可实现风扇在较大范围调速［7］。实验中，学生通过仿真和实际调试，学习运放反馈控制、比较器和R、C电路的知识，比较2种驱动方式的特点及适用场合。
2．4数字部分数字部分即MCU控制模块，基于51系列MCUC8051F320设计，它是完全集成的混合信号片上系统，集成有可编程振荡器、ADC、电压比较器、电压基准、温度传感器和USB功能控制器。片内二线C2开发接口允许进行非侵入式、全速在系统调试，支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、单步、运行和停机命令［8］。MCU在系统中的主要应用包括：（1）温度传感器信号的A／D转换；（2）数字电位器调节加热电流；（3）数字方式PWM发生；（4）控制按键扫描；（5）数字温度传感器数据接收；（6）LCD显示；（7）数据通信。通过实验，学生可以理解MCU系统的硬件结构及应用接口，熟悉系统硬件设计的基础知识。
3教学内容与支撑软件
3．1教学内容该系统在实验教学中使用时具有一定的灵活性，可根据需要选择模块和知识点开展分项实验或综合实验。硬件和支撑软件的结合更能锻炼学生的综合能力。该系统各模块的教学内容及相关支撑软件见表2。
3．2电路仿真软件MultisimMultisim是NI公司推出的全功能电子电路仿真软件，它可以对模拟、数字、射频及混合电路进行仿真，能克服实验条件下对电子设计工作的限制，为用户提供一个集成化的虚拟设计实验环境。建立电路、仿真分析和结果输出都在集成环境中完成，电路元器件、测量仪器和仿真结果与实际情况非常接近，满足使用者从参数到产品的设计要求。实验中，模拟电路部分需要学生分析参考电路或自行设计电路，包括传感器应用、PWM波形发生、加热和冷却驱动等电路，通过Multisim仿真，了解电路的各项参数和元件选择变化时对电路的影响，进而确定最佳设计。通过分析和仿真，提高学生的理论水平，使设计与实验同步［9－10］。
3．3MCU软件开发环境uVision4uVision4是Keil公司推出的一款可用于多种51系列MCU的集成开发环境，内置的仿真器可模拟目标MCU各项功能，包括指令集、片上设备及外部信号等，逻辑分析器可监控基于I／O引脚和外设状态变化的程序变量［11－12］。uVision4是单片机入门的最佳切入点，学生可通过开发环境，理解单片机原理及部件接口原理，了解单片机的开发流程，实践软硬件联调的过程。
模拟电路综合设计范文第3篇
关键词：模拟电路；讲一练二考三；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）07-0077-02
2011年，南开大学开始推行《素质教育实施纲要》，提升办学理念，根据纲要中提出的“公能”素质教育培养目标，南开大学在国内高校中率先提出了大学生也要全面发展，提倡从“学科为本”转变为“学生为本”。坚持“以学生为主体，以教师为主导”，在教学中推行启发式、讨论式等教学方法，加强教学互动，引导学生主动学习知识并发现问题，开展自主研究。探索以“讲一练二考三”为特点的教学组织与课程考试方式，即精讲、多练、广考，强化“学习、实践、协作、创新”能力训练，激发学生自主学习。以此为宗旨，大力开展教学改革，加强基础课程建设，积极调整课程内容，提高教学质量，提高学生的学习能力，培养创新思维。《模拟电子技术》（以下简称模电）是面向电子信息类专业二年级本科生开设的一门重要的专业基础课程，是一门理论性和实践性都很强的课程，在电子信息类本科教学中起着非常关键的作用。模电课程要求学生对模拟电子电路的基本概念、基本电路和基本分析方法有一个清晰的了解，并能够对电路进行定性分析和定量计算，培养学生分析问题和解决问题的能力，为后续电子信息类专业课程的学习打下必要的基础[1，2]。对于模电课程而言，由于教学知识点较分散，仅仅通过相应的课堂学习是不够的。激发学生的兴趣，让学生主动学习非常重要。
本文根据多年的模电教学经验，深入贯彻“讲一练二考三”的本科教学指导思想，对模电课程的教学改革进行探讨，对教学方法进行设计与创新，提出体现“讲一练二考三”要求的教学组织形式与课程考核方式，并在课程教学实践中检验改革成果。
一、模电教学改革的必要性
模电课程是一门与实际应用紧密结合的课程，它既有自身的理论体系，又有很强的实践性，是后续电子信息类专业课程的基础。并且，随着电子技术深入到国民经济的各个领域，这门课程也越来越多地成为非电子类专业本科生的必修课，其教学质量的好坏将直接影响到本科教学质量。但是在目前的理论课教学过程中，存在着以下问题：教学大纲内容多，授课时理论课占时过多。教学内容涵盖范围广，知识点相对分散。模电课程是学生第一次真正接触电子电路，缺乏感性认识，进而影响了相关知识的理解与运用。虽然有模电实验课与理论课配合，但实验课内容仍较为基础，无法满足学生日益增长的电子设计的需求。且考试形式相对单一。
本文结合学校自身的情况和要求以及电子类专业的特点，深入贯彻“讲一练二考三”的本科教学指导思想，通过对模电课程教学组织与教学方式和考核方式的有益的改革与探索，解决模电实践教学中遇到的问题。使学生在获得了模拟电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能的同时，培养了其分析问题和解决问题的能力，提高了实践能力，为以后深入学习电子技术某些领域中的内容，以及为电子技术在专业中的应用打下良好的基础。
二、凝练教学内容，提高教学水平
模电课程主要讲授模拟电子器件和电路方面的基本理论、基本知识和基本技能。包括半导体器件和典型集成电路的工作原理、特性和参数，放大器、比较器、稳压器等电路的组成原理、性能特点、基本分析方法和工程计算及应用技术，等等。课程涉及内容较多，知识点较为分散，概念抽象，内容理解起来较为困难[3，4]。为此，在理论教学中，要凝练教学内容，突出重点，引入教学主线，做到精讲多练，启发引导，留有余地，归纳总结。兼顾必要的理论知识讲解，重视实际应用的同时不拘泥于教材内容，适当引入新知识。在覆盖电子专业要求的基本内容上，同时要根据我校学生“起点高”的实际情况，在深度和广度上可以高于基本要求，适当地加深和拓宽教学内容，这符合因材施教的原则，并且适应当前科学技术的发展及经济建设的需要。教师授课前广泛查阅国内外相关教材，对教材的总体框架和教学内容进行深入透彻的研究。在此基础上全面梳理，对课程内容进行合理调整，挖掘重点、难点，精心遴选教学内容。在授课过程中，避免进行烦琐的数学公式的推导，重点突出对电子电路概念的物理含义的理解和电路工作基本原理的理解以及电路实际应用的学习，从而达到事半功倍的授课效果。同时，重视教师的理论教学水平和实践教学能力，将科研实践与理论教学相结合，用科研经验丰富教学内容，在课堂讲授的过程中，能够吸引学生的注意力，激发学生对模拟电路的兴趣和对电子设计的强烈需求。
通过本课程的讲授与引导，要让学生不但能够掌握电子技术的基本概念、基本电路、基本分析方法和基本实验技能，而且初步建立“系统观念、工程观念、科技进步观念和创新观念”，这对学生综合素质的培养起着重要作用。
三、引入“课程设计主线”，加强课程练习比重
针对模电课程本身的课程特点，在保持原教学大纲的基础上，通过引入“课程设计主线”，由教师综合模电教学大纲结合当前信息技术的发展，尤其是与学生日常生活密切相关的电子信息技术，提出模电课程设计内容。在学期初始即引导学生感性认识，制定设计目标。在后续教学过程中，调整讲授学时比例，增加与该设计相关的练习。在学期中结合课程进度，向学生提出不同阶段的设计要求，加强电路系统设计练习。从而使学生的每一章节的理论学习内容都能够与设计主线联系起来，形成统一完整的知识体系。通过引导学生主动进行与课程内容相关的系统设计与实现，加强课程练习的比重。通过练习深化对知识的理解，培养学生的科学精神和创新意识，并逐步转化为能力。让学生不仅亲身体验到从实践中学习知识，更可贵的是学会如何学习。从而使理论与实践相互促进，实现学生的理论与系统设计能力的双赢。在综合考虑了模电教学内容、技术发展动态以及学生能力的基础上，我们提出了模电教学课程设计的内容，要求学生在所学的模拟电路的基本原理和基本单元电路的基础上，紧密联系实际，自己动手设计单通道电压测量的模拟示波器。在课程设计过程中，坚持以学生为本，教师指导，鼓励分组完成任务，3～5人为一个团队，采用自顶向下的设计方法，建议学生按照系统分析、原理框图设计、各模块分解原理及设计等结构，进行电路设计和性能的分析。引导有能力的学生进行电路的软件仿真，并鼓励学生使用元器件搭建相应的硬件电路，最终实现模拟示波器的功能。
通过模拟电路课程设计，学生能够系统掌握所学的各章节知识，同时具备模拟电路的分析和设计能力，从元件到电路，最终达到了系统级的认识，提高了分析问题和解决问题的能力。通过课程设计的反馈结果，学生接受了这种课程教学的新方式，并且希望能够继续推广，因为学生在整个课程设计过程中受益匪浅，真正把模电知识运用到实践中，也激发了他们学习电路、设计电路的兴趣和热情，达到了非常好的学习效果，并且锻炼了团队合作能力和沟通能力。同时，教师通过与学生共同解决遇到的实际问题，也加强了教师的指导能力，实现了教学相长。
四、改革教学组织及考核方式
1.教学组织的改革。以课程设计为基础，充分利用学院已有的开放实验室资源和社团管理资源，将模电理论课程与社团相结合，教师与学生相合作，即促进了学生理论知识的学习，又可为学生的进一步发展提供基础。以学生感兴趣的电子设计竞赛、国创、百项等为合作目标，利用开放实验室资源，组织学生形成研发设计小组。授课过程中鼓励学生利用这些资源进行系统设计、电路焊接调试等动手练习，并组织专业教师指导，充分发挥学生的主动能动性，进一步加强学生实验动手能力的培养，为电子竞赛等项目的开展打下良好的基础。
2.考核方式的探索。考试本身并不是教学的目的，而是一种有效地促进教学的手段。考试的目的是检测学生对知识点掌握的熟练程度以及获得知识并灵活应用的能力，促进学生寺┎谷保煌时，也是教师检测教学效果，反思教学得失，进而改进提高的重要依据。这就要求我们在教学过程中常用多种形式、多次考核，全面评价学生的学习能力和学习的主动性。
本文对课程考核方式进行探索，综合学生笔试、练习和设计报告等评价，对学生进行多方面的考核，形成模电课程考核评价新方法。通过笔试和习题，考察学生掌握理论知识的程度，掌握学生汲取知识的情况，反馈到课堂教学任务中，培养学生的理论素养。通过提交课程设计报告，考察学生对知识的运用能力、分析问题和解决问题的能力，培养学生的专业技能和表达沟通能力以及团队精神。这样不仅能够考核学生记忆性、认知性的知识，还能全面考察学生综合分析能力、质疑能力、独立思考能力和创造性思维能力，等等。
五、结语
本文针对模拟电路课程教学过程中遇到的问题，围绕着“讲一练二考三”的本科教学指导思想，进行了模拟电路课程的教学改革与实践。文中提出了几点改革措施，真正做到了精讲、多练、广考，将教学的各个环节组成有机的整体，让学生成为教学过程中的主体，取得了预期目标和良好的效果。学生们在掌握了模拟电路理论知识的同时培养了专业实践能力，激发了学生对电子电路的学习热情与兴趣，发挥了学生的主观能动性。
参考文献：
[1]清华大学电子学教研组.模拟电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2]秦世才，贾香鸾.模拟电路基础[M].天津：南开大学出版社，1997.
模拟电路综合设计范文第4篇
一、仿真法在《模拟电子技术》教学中应用的必要性
《模拟电子技术》作为电子、电气、通信等专业的重点课程，其中包括多种形式的放大电路、集成运算放大器、振荡电路等难点内容，还涉及到二极管、三极管、电源、电容、电感等很多电子元件，过多分散的知识点给学生带来了很大的记忆压力，再加上电路原理枯燥难懂，传统的教学方式让学生的学习变得很被动，学生没有实际的操作经验，根本达不到理想的教学效果。
二、仿真法在《模拟电子技术》课程教学中的应用
（一）仿真法教学法的分类
一是实验性仿真教学，理论讲解加实验课学，在理论知识讲解之后，进行实验操作，加深学生对内容的理解，同时提高学生的实际操作能力，加强了理论与实践的结合教育；二是设计性仿真教学，对单元课程的教学任务完成之后，制定一个小型的设计任务，让学生结合单元内容自主完成设计，加强对整个单元知识的融会贯通，并为以后的项目设计打下坚实的基础；三是综合性仿真教学，设计整体项目，并在实际中应用，锻炼学生的综合技能，让理论与实践相结合，锻炼学生的项目创作能力与设计制作能力，达到教育的最终目标。
（二）仿真法应用在《模拟电子技术》课程教学中案例
1、电压比较器的制作
电压比较器是应用比较广泛的常用集成电路，在实际的报警电路、自动控制电路中很常见，而且也可以用于A/D变换、过零检测等常用电路中，也是《模拟电子技术》的一个重点教学内容，在教学过程中首先要讲解一下电压比较器在实际生活中应用，让学生对此有一个比较直观的了解，在教学过程中结合实际案例，对学生进行细致的内容讲解。
图1 为电压比较器的电路原理图，UR为参考电压，加在运放的同相输入端，Ui加在运放的反相输入端，当UiUR时，运放输出低电平，稳压管正向导通。了解电路原理之后，对学生对电路进行高低压测试，根据电压由低到高的变化，观察二极管的亮灯数量，根据二极管的明暗变化，观察电压的变化情况。
打开仿真开关，调节电位器就可看到发光二极管指示灯依次点亮。为了验证当前输入电压与阈值电压比较结果的正确性，在每一路都接上电压表，进行仿真，我们就能观测到随着输入电压的降低，指示红灯依次亮起，相当于对电压过低的警报。这个实例边讲解边搭建，留给学生分析、思考的时间，允许中间出错，允许更改电路设计，在试错、仿真、再改进、再仿真的过程中，逐渐得出最佳解决方案。对电压比较器的理论知识与实际应用都有了全面的了解，而且提高了学生的动手能力，使《模拟电子技术》在教学过程中更实际化，让学生更容易接受。
2、放大器静态工作点的设置
在三极管放大电路中，静态工作点是指在零信号输入状态下，电路处于直流工作状态，电流与电压的数值在BJT特性曲线上可以用一个确定的点表示，该点通常被称为静态工作点Q，如果Q点设置不合理，会导致输出放大波形将严重失真。因此，在《模拟电子技术》教学过程中，首先要对三极管放大电路的工作原理进行详细讲解，利用仿真软件，让难懂的电路工作原理变得更加生动形象，学生可以利用仿真软件，对偏置电阻的阻值进行调整，观察在阻值变化状态下，放大器的波形输出情况，进而了解静态工作点对电路的影响。
利用仿真系统对三极管放大信号的输出波形进行分析比较，根据正常波形与失真波形的差异分析，在实际教学过程中，让学生自己动手操作，观察两种波形状态下静态工作点的状态，然后连接实际电路，接入输入信号，根据示波器的波形变化，对电路进行调整，完成电路连接与调试。
模拟电路综合设计范文第5篇
关键词：模拟电子技术；教学改革；创新设计
作者简介：郭华（1977-），女，山西忻州人，西安交通大学城市学院电气与信息工程系，讲师；申忠如（1946-），男，陕西米脂人，西安交通大学城市学院电气与信息工程系，教授。（陕西 西安 710018）
基金项目：本文系2011年西安交通大学城市学院第四批教改基金项目（项目编号：110022）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）35-0147-02
模拟电子技术是电子类专业中一门重要的专业基础课，它课程内容多，理论性和实践性都较强，学习存在一定难度。这就要求教师在讲授知识的过程中结合实践教学方法，深化理论知识、进行科学训练、培养学生创新精神和实践能力。[1-5]
西安交通大学城市学院依据高素质应用型人才的基本培养目标构建了实践教学体系，针对模拟电子技术课程的实践教学可分为如下几个层次：基础实验、课程设计、综合实训。在这种训练下，从主动学习、自主测试到自主设计和创新设计逐步激发学生的求知欲望、创新欲望，取得良好的教学效果。
一、突出“应用型”特色是模拟电子技术实践教学改革的关键
根据独立学院的培养目标和学生的特点，在专业教育上不能过分强调“宽口径”，否则会造成学生“什么都学过，什么都不懂”；应突出独立学院“应用型”特色，重点在实践能力的提高。针对模拟电子技术实践教学环节，通过基础实验、课程设计和综合实训三个层次的培养模式，加强对模拟电子技术课程的掌握，使学生具备获取知识的能力，学习必要的基础理论知识，能够解释现象、分析问题，掌握学习方法，在需要进一步深造时具备再学习的能力；具有较强的实践动手能力、应用系统设计能力、发现问题和解决问题的能力，从而更好地完成后续课程。[6]
1.基础实验：验证课本知识
基础实验包括与课本章节相关的8个验证性实验：双踪示波器使用、共射极放大电路性能测试等，旨在加强学生对模拟电子技术基本知识的掌握，训练学生分析、设计与调试电路的基本方法。
教师结束课堂教学之后，根据理论内容给出实验题目要求，提出预习问题，要求学生通过查阅资料写出预习报告，熟悉实验内容；然后按照实验教材给出基本电路及其工作原理，学生自己搭建电路、测试其性能指标，验证理论知识的正确性；熟悉仪器设备的使用，学会利用仪器设备发现并找出电路的故障。
2.课程设计：培养动手能力
课程设计是课堂教学和课程实验结束后的综合应用实践环节。本项教学改革将模电课程设计分为两部分，一是为弥补实验设备不足而进行的仿真设计。仿真设计包括三个环节，首先进行常用单元模块电路仿真；然后结合课本知识，给定电路参数和设计要求，进行仿真电路设计；最后拓展内容，对一些实际应用广泛的应用电路仿真进行学习。三个环节对学生的要求层层递进，前两个环节为“必做”，第三个环节为“选做”。
二是从设计、制版、焊接直至调试全过程的综合设计制作选题。有两个题目供学生选择：MAX038函数发生器的设计和音频功率放大器的设计与调试。题目要求尽可能实用有趣。
3.综合实训：提升综合素质
模拟电子技术实践教学改革的最后一个环节是综合实训。这其中已经不只是模拟电子技术一门课程，它将与数字电子技术、单片机技术应用等课程综合开发设计题目，训练学生的系统设计的能力。在训练方法上通过主动学习、自主设计和创新设计三个步骤激发学生的求知欲望和创新意识。
（1）主动学习：根据实验系统需要实现的基本功能和达到的指标要求，学生通过查阅文献，确定自己的设计方案；利用软件仿真电路，并通过调试确定适合的参数；写出预习报告。
（2）自主设计：根据软件仿真电路搭建实际系统的硬件组件；完成系统程序设计；进行软硬件调试，通过查找错误、解决问题，达到锻炼提高的作用；测试系统的基本参数和功能。
（3）创新设计：完成实验系统的进阶指标：如增加功能或提高指标；对系统进行最终测试，给出误差分析；写出实验报告，提交实验作品。
综合实训使学生较系统地掌握电子系统设计过程的选题、立项、方案论证、电路设计、装配调试、系统测试、总结报告、文档整理等全过程，培养学生理论知识的综合运用能力。
二、进一步完善实践教学体系
1.严格考核制度
要想使模拟电子技术实践教学顺利地进行下去，必须进行严格的考核制度，以保证实践教学的良好效果。
（1）基础实验。根据学生每次做实验前的预习报告和实验中的操作表现、实验后的结果分析，给出实验成绩，占模拟电子技术课程总成绩的20%。模拟电子技术课程总成绩 = 70%的期末考试卷面成绩 + 20%的实验成绩 + 10%的平时成绩。
（2）课程设计。完成课程设计中常用单元模块电路仿真，成绩为“及格”；完成课程设计中常用单元模块电路和规定电路的仿真设计，成绩为“中等”；完成课程设计中全部软件仿真设计，成绩为“良好”；完成课程设计中全部软件仿真设计和一个综合设计制作选题，成绩为“优秀”。
2.完善实践教学体系的配套工作
除上述改革措施外，为进一步完善实践教学体系，实验室硬件设备和运行经费的投入是必要条件；编写相应教材，加强较适合学生之间的交流也十分重要。已经完成或正在进行的工作如下：
（1）吸取经典教材的宝贵经验和新的教学理念，结合独立学院的人才培养目标以及本院课程设置和课程大纲的要求，编写适用于应用型本科的教材——《模拟电子技术基础》[7]以及配套的实验及课程设计指导书。
（2）开设电子设计工程师认证考试（EDP），为学生就业增加砝码；指导优秀学生参加全国大学生电子竞赛、全国大学生专业竞赛等，促进“因材施教的个性化培养”。
（3）建立了模拟电子技术课程与实验的网站，实现了指导教师与学生、学生与学生之间的互动，拓宽了主动学习的空间。
三、结论
经过3年的试点，模拟电子技术实践教学的改革、探索和实施取得良好的效果。课程基础知识与实践教学环节进行了有效融合，学生的学习兴趣提高了，动手能力增强了；科学的实验思维、实验方法、实验步骤得到了训练；分析数据、讨论误差、撰写报告的能力得到提高；符合因材施教培养应用型人才的要求。实践证明：通过良好的训练，学生毕业设计及论文写作的完成质量明显提高；我院自2009年第一次参加全国大学生电子竞赛以来，除2011年获得1个三等奖外，每年都有1项一等奖。教学改革需要长期、系统地工作，还要继续努力，培养更加优秀的专业人才。
参考文献：
[1]何新华，陈志武.面向创新型人才培养的专业实验教学体系研究与实践[J].实验技术与管理，2009，26（10）：24-26.
[2]刘芬.对“模拟电子技术”课程中教学方法的探讨[J].电气电子教学学报，2008，30（2）：112-115.
[3]刘艳，朱昌平，宋凤琴，等.模拟电子技术实验教学中的学生实践能力培养[J].实验室技术与管理，2010，27（2）：110-112.
[4]张新安，熊文元，包本刚.电子技术专业实践教学改革的研究与实践[J].实验技术与管理，2011，28（7）：24-27.
[5]晏湧，蓝波.“任务驱动”教学法在模拟电子技术实验中的应用[J].实验技术与管理，2010，27（11）：253-254.
