模拟电子论文范文

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二、改革探索更加有效的教学模式

（一）教学手段不断改革

为了改进教学质量，提高教学效果，为培养应用型人才提供有力支持，近年来，我们在教学手段的不断改进方面做了有益的尝试。第一，引入计算机仿真技术，将理论与实践有机结合。在教学中引入仿真技术，有效的改进了教学效果，增强了学生分析问题、解决问题的能力。首先，站在教师的角度，仿真技术的使用，使教师在原有电子课件的基础上，加入了对实际电路的分析过程，使得教学生动直观，加深学生对概念和规律的理解和掌握。通过仿真软件，不仅可以帮助学生理解一些抽象概念，并且可以使其深刻理解在电路中，各元件参数对电路的影响。其次，从学生的角度看，将计算机仿真技术与模拟电子技术教学内容有效结合，使学生通过仿真直观的了解本课程研究中所能解决的实际问题，有利于激发学生的学习兴趣与参与探索的求知欲。如在学习完相关理论后，引导学生利用仿真软件自行设计波形信号发生器、多路输出的直流稳压电源、心电图信号放大器、低频功率放大器、光电报警器等。学生通过这样一些模拟电路的实际应用，了解了课程的作用，明确了学习目标，产生了好奇心，激发了学习动力。在教学中引入计算机仿真技术，使学生在教师的引导下带着问题进行自发学习，使整个学习过程始终处于探索研究、再探索研究到最终验证的良性循环过程。第二，开放实验室，提供探究和创新的良好环境。模拟电子技术是一门实践性很强，并且面向工程的课程，基本的应用电路在掌握了基本理论后，都需要实验来验证。通过实验验证理论→发现问题→结合理论修正问题→再次进行实验验证，通过这样一个螺旋式过程，学生学习知识的深度和广度均不断拓展。同时，也让学生深刻体会到了实践和理论的差异，在实践中切实锻炼了学生分析解决问题的能力。院系面向电子信息类学生开放电子技术实验室，为学生提供了理论联系实践的场所，更为学生进行探究式学习提供了不可取代的自主学习平台，是培养学生探究未知能力、实践能力和创新能力的必要途径。除集中实验外，课后及其他学期学生根据自己的兴趣及时间安排，自行登记到实验室进行实验和研究。电子技术实验室安排值班教师为实验学生答疑，帮助学生探究和创新。实验室的开放，满足了不同层次学生培养实践能力的要求，体现了因人而异、因材施教的教育理念。第三，充分利用网络资源，引导学生自主学习。模拟电子技术课程为校级精品课程，目前在建校级资源共享课程。现有的精品课程网站，为学生的课外学习提供了一个高效的研究型学习平台。精品课程网站提供了丰富的和教学相关的资讯。学生可以根据自己的兴趣和爱好，进行探索式研究式自主学习。这样的学习模式不受空间和时间的制约，延伸了学生获取知识的途径，不仅使得学生的学习变得更加便捷，而且学习起来更加自主、高效，更重要的是在学生能力培养方面起到了不可或缺的作用。

（二）教学方法不断改进

教学是一个获取知识、启迪思想、激发潜能、培养能力的过程，它需要教师根据自己的教学能力设计一种教学策略，通过优化的教学手段和教学方法，在课堂上将教学内容精彩而生动地展示给学生，并且在课后进一步挖掘学生自主学习的潜力。在培养应用型人才思想指导下，我们不断在教学方法上进行探索和改进，侧重培养学生的工程应用能力。

1.采用启发探索式教学激发学生学习兴趣，提高教学质量。

采用启发探索式教学提高学生的学习兴趣，教师在教学中主要承担主导作用。在对课程进行教学设计时，在保证基本概念的基础上部分重点采用案例式教学，通过分析实际电路，引入知识点。通过课堂讨论、仿真软件演示、习题研究等环节，引导学生自主学习，让学生由被动的接受知识转化为主动的探索知识，充分发挥学生在教学中的主体作用。教师在完成一个知识点或一个章节的教学后，布置两到三个综合性的问题，让学生自由分组形成课题组。利用课余时间自行通过查阅资料完成题目的分析、方案选择、电路仿真设计、结果分析，并制作出一份多媒体课件及电子文档说明原理、分析过程、重难点及注意事项，由课题组选派一名同学在课堂上进行讲解，并且接受老师和同学的提问，进行讨论。在这个过程中，学生不仅从中领会自学的思路，学会分析问题和解决问题，而且还培养了团队协作能力和科技论文的写作能力。还有一点也是很重要的，即讲解之后还要接受老师和同学的提问，进行讨论。在这个环节中，不仅可以查漏补缺，检查出学生在学习过程中的薄弱环节，及时加以弥补，而且也可以有效的促进教学相长，教师可以根据讨论中学生反映出的兴趣点对教学过程进行进一步优化。最后，在教与学的位置互换中，学生亲身体验了“教”，这有助于加强师生之间的互相理解。

2.鼓励支持学生自主学习，拓展知识广度与深度。

课堂教学无论在时间和内容上都是有限的，除了课堂教学，课后可供学生自主支配的时间很多。引导学生利用好课余时间，是提高学习质量的一个有效工具。如在初期给出参考书目，让学生阅读，撰写读书报告；给出优秀的模拟电子技术学习网站或电子论坛，指导学生进行自主学习；订好答疑时间，定期解答学习过程中遇到的问题；鼓励学生参加专业社团及校省级大学生创新项目；在学生自愿报名的基础上，优选学生参与省及国家的电子设计竞赛和智能车大赛；鼓励和帮助学生在校学习期间发表学术论文等。参与以上活动的优秀学生，根据培养方案中规定，均奖励相应的学分，旨在鼓励和培养学生的研究创新能力。通过近几年的实践，反映出学生普遍对面向实际、有挑战性的课题比较感兴趣。而兴趣是促进学习的强大动力，在强大的兴趣驱动下，在团队精神的鼓舞下，学生自发学习，分析问题、解决问题的能力得到了迅速的提高。近年来，电信专业的学生在大学生电子设计竞赛、智能车大赛中均获得省级以上奖项。

（三）重组优化教学内容，充分发挥课堂教学的效果

在课时压缩的客观条件下，教学内容必须进行优化重组。教学内容在保证本课程基础及关键知识点完整的前提下进行了合适的优选。在电子教案中增加了本学科领域的技术前沿和新科技成果的应用介绍，在不多占用课时的基础上扩展了知识的广度，提高了学生的学习兴趣，同时也为学生的自主学习指引了方向。

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2要引导学生进行思维方式的转变

模电作为一门技术基础课，有其自有的特点和规律，其课程更重视理论与实践的结合。一般教学计划都是电工基础安排在模电课程之前来作为模电的基础课程，但如果不加分析地用电工基础的分析方法去分析模电，可能不会得到正确的结论。模电的理论有其自身的特点，表现在：第一，模电主要的电子器件二级管、三级管都是非线性器件，这与线性电路的分析和计算是有很大区别。第二，模电的分析都是直流加交流的分析方法，即直流通道和交流通道。直流通道决定静态工作点，而交流通道是信号的通道。第三，反馈网络是模电经常使用的电路，不管是运算放大器还是振荡器都必须有反馈网络的构成。以上几点正是学生学习模电的难点，因此在讲课过程中，要让学生了解这些特点与难点，调整思维方式和学习方法，使学生能够正确把握这门课程的学习特点。以下通过几个实例说明如何引导学生思维方式的转变。

2.1非线性电路与估算

在模电中常用的二极管、三极管的伏安特性为非线性，一般称为非线性元件，而电阻、直流电源的伏安特性为线性，一般称为线性元件。在模电中线性元件与非线性元件共同组成各种电路，那么电路的计算问题在电工基础中并未涉及，那么计算这种电路目前使用估算法、图解法。有的同学往往提出为什么不用解析法，而那样计算的不是更精确吗？在讲解这类问题时要给学生讲清楚估算法在工程计算中是非常重要的，它能使有些计算问题变得简单，能较快地解决实际问题，而用解析法，一是目前学生的数学知识不能解决这种问题，二是如果能用高等数学的方法解决，但过程过于繁杂，虽然计算精度高，但与估算结果差距不大。因此在这里要让学生思维方式有一个转变。

2.2放大电路的直流通路与交流通路

在模电的放大电路中,直流通路和交流通路的分析也是模电独特的电路分析方法，由于二极管、三极管中PN结死区电压的存在，必须在交流信号通过放大电路时有一个直流电压及电流的存在，这样才能保证交流信号不失真地通过放大电路。这也是学生需思维转变的一个重要方面。对于三极管、电阻、电容、电感、电源等电子元器件，它们分别在直流电及交流信号激励作用下的不同响应决定了它们在直流电及交流信号中所起的不同作用，这些都是分析复杂放大电路的基础。很难想象不清楚放大电路直流通路和交流通路的学生能够学习好这门课程。

3通过课程综合实验提高学生的整体水平

由于模电是一门与实践联系非常密切的技术基础课，通过一些综合实验来提升学生的理论水平和实践技能是非常重要的，因此在课程讲完之后，笔者就安排一个超外差式收音机综合实验来提升学生模电的理论水平和实践能力。读图——提升学生的读图能力，课上讲的模电电路一般是各类单元电路，如共射基本放大电路、振荡电路、功率放大电路等。通过综合实验课可以将各个电路串成一个整体，笔者通过对一个超外差式收音机电路图进行整体讲解和分析，来提升学生模电电路的整体分析能力。一般超外差式收音机的电路组成为变频级——中放级——检波级——低频放大级——功率放大级，对照理论教学所讲授的内容，变频级对应振荡电路及基本放大电路，而该放大电路又工作在非线性区属非线性放大，这样才能混频输出差频信号，在这里还要补充讲解一下放大电路的非线性特性及应用，这样使学生对三极管有了更深刻的认识，平时常常强调放大电路要工作在线性区，似乎非线性区是不可用的、多余的，但通过这样一个实例让学生明白，三极管放大电路工作在线性工作区时可进行线性放大，工作非线性区时可以进行混频等应用。这样一级一级来分析后面的中频放大电路、检波电路、低频放大电路、功率放大电路等。实践证明，通过整体电路的分析与讲解，学生的读图和分析能力得到了明显的提高。

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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。

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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。

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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。

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2改变传统授课方法，首次尝试“三段九步”

在每个知识点上，我们都设置了“三段九步”的教学组织形式，其中“三段”指的是“任务准备阶段”、“任务实施阶段”和“总结和考核阶段”。“九步”指的是“分组”、“下达项目任务书”、“教师分解任务”、“分组讨论任务”、“任务分析设计”、“项目制作”、“项目验收考核”、“总结汇报”和“教师点评”。在整个教学设计中，我们主要强调的是充分发挥学生的主观能动性，让学生自己去发现知识点，找到自己的薄弱环节，用每一个任务去驱动学生主动地学习，查找资料。

3提高学生学习兴趣，增强自主学习能力

在教学过程中旨在提高学生的学习兴趣，培养学生的自学能力，教师起到引导的作用。由于之前学生没有这样上过课，所以学生在整个课程的学习中兴趣还是很浓厚的。每一个项目都要求学生自己查阅相关资料，在正式进行项目制作之前通过各种渠道进行知识的储备和积累，教师进行提示，把学生应该在本项目中掌握的知识点以任务书的形式传达下去，很大程度上提高了学生的自主学习能力，学生能够在项目任务书中看到任务的趣味性，能够真正提高兴趣，自己想学，去学，从而达到教学的目的，做到做中学，学中做，学生在项目制作中如果遇到问题，教师也是起到引导的作用，引导学生自己去解决问题，可以给学生提供解决问题的途径，或者给学生提出合理化的建议，当真正遇到大多数学生都解决不了的问题的时候，才集中给学生做讲解，尽量避免传统教学中“满堂灌”的教学模式，使学生不会感觉枯燥乏味，对学习这门课程产生兴趣。用问题去引导学生向着更深层面的去发掘。举个例子，在学生制作“声控电子猫”的时候，项目初始时，学生只要能让电子猫的眼睛（两个发光二极管）发光，发出叫声（蜂鸣器响）就可以了，之后对学生提出新的要求，能够让眼睛眨起来，叫声忽高忽低，提出这些要求之后，学生就开始主动通过上网、查阅书籍，想办法去解决问题，最后有一部分学生能够基本完成任务并把自己经验分享给其他同学。学生的学习兴趣提高了，学习态度和学习中的一些不良习惯也慢慢改善了，例如个别学生在第一次项目中积极性很差，在经过了几个项目的制作后可以将自己融入到小组中，服从小组的分工，尽力的去完成应当完成的各项工作。

4增强学生团队意识，培养学生职业素养

在这门课程中，我们重点强调团队协作，考虑到将来学生走上社会，走上工作岗位，面临着和人相处，与人合作的问题，所以在课程的组织上，我们尽可能多的考虑学生职业素质的培养，我们在每次项目进行之前都对学生进行趣味性的分组，既保证学生分组的公平性，随机性，还要顾及到分组的趣味性，在项目制作的时候，学生的考核主要是采取过程考核的方式，将学生在项目制作过程中对学生的表现进行采分，而且要让学生明白个人的表现不仅仅影响着个人的成绩，还与小组成绩息息相关，而每个人都要以小组成绩作为基分，才能够得出最后的个人总分，由此可见，团队协作的重要性，每个人都不是独立的个人，每个人的背后都有团队，要在所有项目进行完之后，把团队协作的理念潜移默化的给学生灌输进去。我们在进行考核分数的设定上也充分考虑到了小组与个人的这种相互作用的关系。在每一个项目结束之后还要求学生针对自己所做的项目进行PPT汇报，一方面能够使学生对自己的学习过程做一个总结性回顾，另一方面还可以培养学生的计算机能力和口头表达能力。学生从第一个项目生涩的语言组织，简单的幻灯片发展到最后能够声情并茂的去讲解自己制作的精美PPT，这也是一个非常大的进步，相信能给他们今后的职业生涯奠定一定的基础。

5促进教师能力的提高

这一点作为教师感触颇深，以前进行传统授课，需要提前备教材，备学生，现在进行改革模式的教学，课上做的事少了，可是课下却要进行更加充足的准备，寻找合适的项目，既要满足知识点的要求，又要有一定的趣味性，构思整个项目制作的安排，考虑到学生在项目制作过程中可能遇到的问题，能否提出解决的方案，在这个过程中，需要查找大量的资料，以前是讲什么看什么，而现在则需要参考很多的东西，涉及很多的领域，在知识的储备上也有了一个较高的要求，要站在一个宏观的高度上去看待每一个项目，包括这个项目最后要达到的效果，都需要提前做好设想。