模拟技术论文范文

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模拟点知技术论文参考文献：

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2注重实验教学，提高学生的实践应用能力及创新能力

模拟电路实践教学可分为以下三个部分，基础实验、提高实验与职业技能，电工电子基础试验中心拥有创新实验室，可以让学生综合全面的掌握电工电子的综合技术，提高学生的实践操作能力。具体在实验的内容教学中，增强综合性、设计性、开放性试验比例。充分利用实验教学对枯燥无趣的理论教学进行补充，将抽象难懂的内容利用实验课中的器具实验用品进行模仿验证，加深学生对知识的吸收与理解。引发调动学生的学习积极性及兴趣。模拟电路实践课可以给学生提供丰富的实验课目，学生能够根据自身的知识积累，来选择安排实验学习。例如，放大器的Q点和动态特性的图解法是非常抽象的教学内容，经过相关程序的仿真，学生可以直观地观察到电路设置Q点的必要性，动态参数的变化规律，直流负载线与交流负载线的不同之处。根据黑龙江大学电工电子基础实验中心为不同专业安排的1周～2周的模拟电路实训，设计培训、制作电路与电源，一阶滤波器电路，基本共射放大电路，学生首先进行理论设计及计算，然后利用计算机的相关软件进行仿真，最后到动手操作、调试、焊接、制作。整个过程提高了学生的动手实践能力，并同时提高了分析问题解决问题的能力。

3总结学习方法，培养学生良好的学习习惯

《模拟电子技术基础》与其他科目有所不同，它不但需要扎实的理论基础，还要学会财务分析电子电路。首先，要让学生可以更快的适应模拟电子技术的学习。在教授知识的同时，还要培养学生正确的学习方法，提升他们的自学能力，培养良好的学习习惯。引导学生在听课前先预习的习惯，然后在课前自学过程中将教材的重点、难点、惑点等都找出来。其次，督促要求学生做好随堂笔记。指导学生如何做好笔记，使其更好地掌握知识。笔记重点记录教师讲课的，主题、重点、难点、概念，关键词，对难点进行重点标注，以方便课后的复习。督促学生复习可以防止遗忘。课后学生自主的温习课程及笔记，可以将所学知识进一步巩固同时加深理解。

4教学应有侧重点，以应用为目的

高职要重点着手于理论知识的应用及实践动手能力的培养等方面。因此，教学内容上要彰显高职教育的特点，主动适应社会需要，侧重于应用性、针对性。将知识与能力相互结合，重点培养学生的工程应用能力及处理问题的能力。基础理论的的初衷是对其的灵活运用，以必须、够用为度，以掌握概念、强化应用为侧重点。目前电子技术基础具有很浅的实用性，其技术更新的速度是无法想象的。因此授课时不可再生搬硬套之前的教学方式：首先讲解元器件的原理、特征、性能，然后对其进行分析对内部结构进行讲解，再举例说明它的具体应用。曾经对模拟电子技术基础偏重于细节，忽略了整体概念的讲解，这对培养学生的应用能力起到了副作用。因此授课时应有所侧重，重点讲解新思想、方法及应用，重点讲解所谓粗线条分析。需要与实际电路相结合，使学生对电路的应用更加了解。

5设计特色引入，激发学生兴趣

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二、课程考试改革体系实际案例

以二级反馈电路设计考题为例，要求针对这一考试题目，学生掌握以下三点：1.掌握放大器基本原理；2.掌握基本放大器和负反馈放大器的放大倍数间的关系；3.掌握负反馈放大器能改善输出波形的原理。考试题目为：（1）当开关放在位置“1”时，请判断此电路中引入的反馈网络是哪些？反馈的信号是直流还是交流信号？是正反馈还是负反馈？哪种组态？对电路的哪些性能有影响？（2）首先，调节静态工作点，设置Vc1=5.2～5.6V，Vc2=4.5～4.8V，当输入电压设置在1～3mV时，分别求出开关放在位置“1”与位置“2”时的交流信号输出与输入的电压之比。（3）观察输入波形的失真并改善：输入信号的频率保持1KHz，逐步增大输入信号Vi，使输出波形出现失真，（Vi=10mV）（a）在无反馈的情况下（但有Rf的负载效应，即Rf与RL并联），记录此时的VO值，观察波形。（b）在上述情况下，接入负反馈回路，观察输出波形。然后增大输入信号使输出也为VO值，观察并比较两波形。通过上述三个问题，学生首先要对电路进行理论分析，综合所学基础理论，对反馈形式进行判定。然后再运用EDA软件，例如EWB软件，对电路进行设计，并完成仿真，得到两个开关位置下的交流信号电压放大比例，同时在实验平台上构建实际电路进行验证。最后，通过EDA仿真手段与实验电路验证组合的方法，结合EDA中模拟示波器与实际示波器输出波形，完成输入输出波形记录，理解反馈电路对于波形失真的改善原理与效果。综合上述操作，进行考试打分。各个子模块都有分值标定。经过三个模块的考核，综合测试学生的基础理论水平、EDA仿真软件设计能力以及实际电路搭建及操作能力。教师则针对新的考试体系出现的新情况、新现象进行总结，进一步提高学生的综合素质与专业水平，使得学生真正能够达到理论与实际结合，甚至能够提出富有创新意义的课程学习思路。

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二、PN结的失与得

PN结就是得与失的产物。P型半导体与N型半导体的交界面因多子极型以及浓度差别，形成多子扩散运动，N区的电子扩散到P区，P区的空穴扩散到N区，在交界区域原有的电中性被破坏，P区失去空穴留下了不能移动的杂质负离子，N区失去电子留下不能移动的杂质正离子。这些不能移动的带电粒子集中在P区与N区交界面附近，形成空间电荷区。空间电荷区的逐步建立削弱了多子的扩散，而增强了少子的漂移。当多子扩散运动与少子漂移运动保持一种动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即PN结。两种不同极型的杂质半导体在交界面失去多子的过程，得到了一种导电性能独特于杂质半导体导电能力的介质，带来了半导体导电能力质的突变，这就是PN结的单向导电性，即正向偏置导通，反向偏置截止。复合的PN结，在制作工艺上的差别，分别有双极型晶体管与单极型晶体管。晶体管在合理偏置下导电性能表现了特有的控制性能，即电流控制型的双极型晶体管和电压控制型的单极型晶体管。

三、放大电路的得与失

晶体管器件在“合理偏置以及顺畅的交流通道”原则下就可以构建一个放大电路，一个微弱的输入信号从输入端引入，在输出端得到一个幅值足够的输出信号，表现了小幅度的模拟量通过放大电路后得到了大幅值的模拟量，淋漓尽致地表现出信号幅值放大的概念。殊不知，这种放大电路的“放大”理解是表面的，是片面的，只看到“得”的现象，而没看到“失”的本质。在放大电路中，工作电源不仅仅只是提供合理的偏置，更主要担负着能源作用。放大电路仅仅只是一个信号幅值变换的平台，微弱的输入信号能源通过晶体管的控制作用改变着工作电源在输出负载上的能量消耗。最常见的一个事例就是人们日常使用的收音机，收音机就是一个典型的放大电路。手持式收音机没有电池，不可能发声，装上电池后就可以接收电台信号，伴随听的时间与音量的大小，电池的消耗程度或使用时间就会不同。没有收音机，人们不可能感受到空中的电磁波能量，有了收音机而没有电源也听不到悦耳的音乐，电池能耗使用殆尽了也享受不了。所以，严格意义上的放大电路是一个能源控制电路，放大电路的本质是弱小能量对大能量的控制。放大电路表面上得到了信号的幅值增大，实质上消耗了电源电能。

四、差分电路的失与得

单级放大电路的放大能力是有限的，总期望多级放大。多级放大电路是由若干级单级放大电路所组成，这样单级放大电路之间就存在耦合关系，直接耦合是多级放大电路的典型结构形式，直接耦合的多级放大电路最突出的弊端就是零点漂移，零点漂移最核心的表现形式就是温漂，解决零点漂移最有效的手段就是差分电路。差分电路由两个特性完全一致的单级放大电路复合而成，表现在晶体管的特性一致，晶体管偏置电路器件参数一致。差分电路从理论到实用经历了三个演变，即基本式差分电路、长尾式差分电路、带恒流源的差分电路，这三个演变唯一不变的就是基本结构不变。通过电路分析不难得出结论，差分放大电路的差模增益与单级放大电路的增益是一样的，然而，差分电路的共模增益接近零，有较大的共模抑制比，可以很好地抑制温漂，而单级放大电路就无法解决温漂问题。第一级放大电路温漂决定了多级放大电路的温漂，所以，集成运放的第一级总是差分输入级。可见，差分电路通过“失去”硬件（增加结构等价的电路，增大电路成本），得到了对共模信号的抑制能力，而并不改变对差模信号的放大能力。

五、带宽增益积的得与失

考核放大电路的性能表现在增益、峰峰值、输入电阻、输出电阻、带宽、失真度、输出功率与效率等参数中，它们取决于放大电路组态、晶体管特性、电源以及应用的方式。在放大电路的时域分析过程中，总是期望放大电路的放大倍数越大越好，一级放大能力不够就采取多级放大，以提高放大增益；在放大电路的频域分析过程中，总是期望放大电路有很小的下限频率和很大的上限频率，频率响应范围越宽越好，即带宽值越大越好。带宽是上限频率与下限频率的差值，提高带宽的有限手段就是尽可能提高放大电路的上限频率值。通过电路的频域分析可以发现，提高上限频率与提高放大电路的增益是矛盾的，一旦当放大电路的晶体管选定之后，带宽与增益之积是一个常数，放大电路的放大倍数增大几倍，相应地该电路的带宽就会减小几倍，实际中，既要提高放大电路的增益又要扩展放大电路的带宽，总是选取基区体电阻小、发射结与集电结电容效应小的高频放大管。可见，放大电路带宽增益积概念表现了得与失的理念，欲想得到较大的增益，必然失去频率响应的范围。

六、反馈放大电路的得与失

反馈是自动控制的一个重要概念，反馈放大电路是提高放大电路放大性能的重要手段，在电子技术应用中运用极为普遍。负反馈放大电路中，输出信号部分或全部反送到输入端削弱输入信号，使得闭环增益相对开环增益减小了反馈深度倍，表面上损失了放大电路的增益，然而，对放大电路的其他性能技术指标得到了极大的改善，表现在增益的稳定性得到了提高；环内的噪声干扰抑制能力以及非线性失真得到了改善；电路的带宽得到了扩展；输入电阻与输出电阻得到了相应的改善。如电压串联负反馈放大电路，增大了输入电阻，有助于电压输入信号的放大；减少了输出电阻，有利于输出电压的稳定性。正反馈放大电路中，输出信号部分或全部反送到输入端增强输入信号，闭环增益相对开环增益进一步增大，这是信号发生电路扰动起振的必然要求。信号发生器不会有输入信号或者说就是一个零输入电路，电路接通电源瞬间形成电路换路情形，通过正反馈选频网络（RC或LC选频网络）把输出端的信号有频率选择性地反送到输入端不断放大，这种无止境的放大也必然带来输出信号的非线性失真，所以在电路中为了防止输出信号的非线性失真，总是需要设置输出稳幅网络。可见，信号发生电路由放大电路、正反馈选频网络、稳幅网络三部分组成。稳幅的有效措施就是负反馈，所以，信号发生电路必须维持正反馈特性与负反馈特性的动态平衡。负反馈放大电路失去了增益，得到了电路性能技术指标的改善；正反馈放大电路得到了增益的“膨胀”，失去了输出信号的线性度，实际中为了挽回这种“失”，再次引入负反馈特性。

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2独立学院模拟电子技术课程项目化教学改革

为了满足独立学院将学生培养成为应用型人才的目标，借鉴职业教育理念，我们准备对模拟电子技术课程进行项目化教学改革，目的是将传统意义下的模拟电子技术课程知识进行解构、整合、序化，加入电子工艺学知识，配合课程实验、课程设计项目，按照“做中学，学中做，递进交互”的教学理念，以行业和岗位需求为导向，以培养学生的实践技能为主线，以具体的电路产品为载体，实施项目化教学，一步步提升学生的专业实践能力。

2.1项目化教学目标的分析

根据项目化教学要求，以社会就业行业和岗位需求为导向，通过对独立学院往届电信和通信相关专业的毕业生及其就业单位企业、工作需求市场进行调研，分析其就业岗位，总结出主要的职业岗位群；然后通过分析各种岗位群对模电课程相关内容的要求，确立独立学院模拟电子技术课程的知识要求、能力要求及素质目标。

2.2项目化教学理念与思路的确立

根据项目化教学要求，以生活中具体的电路产品为载体，探索基于工作过程的课程开发与设计，通过分析真实产品的生产流程，以培养学生的实践技能为主线，以职业资格标准为参照来开发和设计模拟电子技术项目化教学中合适的项目，实施行动导向的项目式教学方法，使学生在获取知识、提高实践能力的同时，获得再学习能力和职业技术能力。

2.3项目化教学课程内容新体系的构建

模拟电子技术项目化教学中，课程内容和体系改革是课程建设的核心。本课程在进行教学的时候，应考虑哪些知识是进行项目所需的基础，或者项目进行过程中关键点所在。课程内容选取遵循独立学院教育的基本规律，基于行动优先原则，针对独立学院电信和通信类专业培养目标及学生就业岗位需求，以职业能力培养为重点，根据职业岗位的任职要求，构建新的教学做一体化课程内容体系。根据课程教学的需要，将教学内容划分为两个大的模块。基础模块：包括基本器件和基本放大电路。在教学过程中，突出应用，以电子产品实例为载体，使学生掌握模电基本知识点、基本放大电路的分析和设计方法。这个模块应该强调基础，支撑后续课程的学习，培养学生的学习兴趣。实用模块：包括集成运放电路和应用模块。通过该模块的学习，基本掌握实用模拟电子系统分析、计算、调试、检测、设计的能力。教学过程中知识应该精炼，教学内容及时更新，尽量与实际岗位工作要求相符，更好地培养学生的应用能力和实践能力。

2.4项目化教学方法与手段的设计

对课程进行基于行动导向的教学改革与实践。实践课程中选取多个项目，根据项目重新整理课程内容，将原模拟电子技术课程理论教学与实践教学有机融合到这些制作项目中，通过完成产品组件的分析、制作与调试等综合性学习任务，使教学内容更加丰富、直观，更加贴近工程实际。理论教学主要采用以下方式：（1）“精讲+演示”的教学方式，通过各个具体项目的实物电路呈现，使学生最直观地认识电子产品的设计、制作与调试等相关知识，通过应用实例启发学生兴趣、举一反三。（2）根据学习情境和教学对象的特点，灵活运用基于行动导向的多种教学方法，通过多媒体课件、动画演示、课程学习网站及基于Protel、Proteus、EWB、Multisim的软件测试等多种现代化教学手段。将传统教学手段与现代教学手段紧密结合，增强教学内容的动感和趣味性，从而实现更生动的教学模式。（3）引导学生使用相关软件工具分析和设计电子电路、重视课后答疑并及时组织习题讨论课，引导学生进行研究性的学习，鼓励学生大胆提出问题、研究解决问题的途径和方法。实践教学主要采用以下方式：

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考虑到针对物理专业的课程学时数少,但内容多,重点和难点多,而学生动手能力较弱,过于注重理论公式的推导等情况,整合了“模拟电子技术”课程内容结构,逐步减少理论学时,增加实验学时,使二者比例达到一个最合理值。删减部分陈旧知识,融入新技术的应用,以理论为基础,强调应用,将理论与实践、技术与应用较好的融合在一起。

2.教材与参考书目选用应符合物理师范生专业特点

全国各大高校都陆续出版了许多优秀的教材。但是每一本教材的侧重点和难易程度也各不相同。选用较多的是高等教育出版社出版、由康华光主编的教材,由童诗白主编的教材以及杨拴科等主编的教材。根据物理师范生注重公式的逻辑推理的思维特点。所以选取更侧重于基本概念的讲解,逻辑性强,知识点丰富,学生需要掌握的内容多,由童诗白主编的教材更加适合西部师范院校物理专业的学生。

3.核心突出内容的取舍

模拟电路就是处理模拟电压和电流的电路,而由于现实生活中大多信号较为微弱的模拟信号,所以要进行信号的放大,这也是模拟电子技术课程的核心部分。所以本课程的核心内容自然非放大电路莫属。与此同时,现实生活中相关器件的供电电源很多为直流电源,所以必然需要一种将电厂的交流电转为直流的电路,此电路就是直流稳压电源。由此可知,主讲内容就是放大电路和直流稳压电源,尤其是放大电路部分。

二、教学方法和教学手段改革

1.教学方法多元化

在选择教学方法的时候,要特别注意培养学生的感性认识,以调动学生的主观能动性为目的。比如在讲授“反馈”概念时,我们可以运用类比教学法。教师可以以常见的冷暖空调的温度调节过程为例。另外在教学过程中,也需多运用启发式教学法,教师只有善于提出问题,才能更好地启发学生进行积极的思考,变被动接收为主动学习。

2.充分利用仿真软件

因为师范生最在意教学形式,如果仅仅在课堂平白地传授复杂的模拟电路理论知识,枯燥的形式会让师范生认为理论与实际相差太远,进而对电子类课程失去兴趣。所以在讲授理论课时,利用计算机仿真技术,将虚拟电子实验引入课堂教学中,可以随时进行电路连接、仿真和测量,增强了教学的直观性、形象性和生动性,有助于加强课堂互动,激发和调动学生的学习兴趣,从而实现了理论教学和实践教学的有机结合。

三、实践教学环节

1.实验准备

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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

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2双语教学实践的评价

双语教学的效果可以通过学生对该课程的感受与认识和学生对知识的掌握和运用情况两个方面来衡量，通过对我系电信11级两个班的双语教学问卷调查中可以发现：认为模拟电子技术双语教学授课中中英文比例适合的占大多数，说明大部分学生认可了双语教学。同时有九成以上的同学认为模拟电子技术双语授课进度适中。

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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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二、PN结的失与得

PN结就是得与失的产物。P型半导体与N型半导体的交界面因多子极型以及浓度差别,形成多子扩散运动,N区的电子扩散到P区,P区的空穴扩散到N区,在交界区域原有的电中性被破坏,P区失去空穴留下了不能移动的杂质负离子,N区失去电子留下不能移动的杂质正离子。这些不能移动的带电粒子集中在P区与N区交界面附近,形成空间电荷区。空间电荷区的逐步建立削弱了多子的扩散,而增强了少子的漂移。当多子扩散运动与少子漂移运动保持一种动态平衡时,交界面形成稳定的空间电荷区,即PN结。两种不同极型的杂质半导体在交界面失去多子的过程,得到了一种导电性能独特于杂质半导体导电能力的介质,带来了半导体导电能力质的突变,这就是PN结的单向导电性,即正向偏置导通,反向偏置截止。复合的PN结,在制作工艺上的差别,分别有双极型晶体管与单极型晶体管。晶体管在合理偏置下导电性能表现了特有的控制性能,即电流控制型的双极型晶体管和电压控制型的单极型晶体管。

三、放大电路的得与失

晶体管器件在“合理偏置以及顺畅的交流通道”原则下就可以构建一个放大电路,一个微弱的输入信号从输入端引入,在输出端得到一个幅值足够的输出信号,表现了小幅度的模拟量通过放大电路后得到了大幅值的模拟量,淋漓尽致地表现出信号幅值放大的概念。殊不知,这种放大电路的“放大”理解是表面的,是片面的,只看到“得”的现象,而没看到“失”的本质。在放大电路中,工作电源不仅仅只是提供合理的偏置,更主要担负着能源作用。放大电路仅仅只是一个信号幅值变换的平台,微弱的输入信号能源通过晶体管的控制作用改变着工作电源在输出负载上的能量消耗。最常见的一个事例就是人们日常使用的收音机,收音机就是一个典型的放大电路。手持式收音机没有电池,不可能发声,装上电池后就可以接收电台信号,伴随听的时间与音量的大小,电池的消耗程度或使用时间就会不同。没有收音机,人们不可能感受到空中的电磁波能量,有了收音机而没有电源也听不到悦耳的音乐,电池能耗使用殆尽了也享受不了。所以,严格意义上的放大电路是一个能源控制电路,放大电路的本质是弱小能量对大能量的控制。放大电路表面上得到了信号的幅值增大,实质上消耗了电源电能。

四、差分电路的失与得

单级放大电路的放大能力是有限的,总期望多级放大。多级放大电路是由若干级单级放大电路所组成,这样单级放大电路之间就存在耦合关系,直接耦合是多级放大电路的典型结构形式,直接耦合的多级放大电路最突出的弊端就是零点漂移,零点漂移最核心的表现形式就是温漂,解决零点漂移最有效的手段就是差分电路。差分电路由两个特性完全一致的单级放大电路复合而成,表现在晶体管的特性一致,晶体管偏置电路器件参数一致。差分电路从理论到实用经历了三个演变,即基本式差分电路、长尾式差分电路、带恒流源的差分电路,这三个演变唯一不变的就是基本结构不变。通过电路分析不难得出结论,差分放大电路的差模增益与单级放大电路的增益是一样的,然而,差分电路的共模增益接近零,有较大的共模抑制比,可以很好地抑制温漂,而单级放大电路就无法解决温漂问题。第一级放大电路温漂决定了多级放大电路的温漂,所以,集成运放的第一级总是差分输入级。可见,差分电路通过“失去”硬件(增加结构等价的电路,增大电路成本),得到了对共模信号的抑制能力,而并不改变对差模信号的放大能力。

五、带宽增益积的得与失

考核放大电路的性能表现在增益、峰峰值、输入电阻、输出电阻、带宽、失真度、输出功率与效率等参数中,它们取决于放大电路组态、晶体管特性、电源以及应用的方式。在放大电路的时域分析过程中,总是期望放大电路的放大倍数越大越好,一级放大能力不够就采取多级放大,以提高放大增益;在放大电路的频域分析过程中,总是期望放大电路有很小的下限频率和很大的上限频率,频率响应范围越宽越好,即带宽值越大越好。带宽是上限频率与下限频率的差值,提高带宽的有限手段就是尽可能提高放大电路的上限频率值。通过电路的频域分析可以发现,提高上限频率与提高放大电路的增益是矛盾的,一旦当放大电路的晶体管选定之后,带宽与增益之积是一个常数,放大电路的放大倍数增大几倍,相应地该电路的带宽就会减小几倍,实际中,既要提高放大电路的增益又要扩展放大电路的带宽,总是选取基区体电阻小、发射结与集电结电容效应小的高频放大管。可见,放大电路带宽增益积概念表现了得与失的理念,欲想得到较大的增益,必然失去频率响应的范围。

六、反馈放大电路的得与失

反馈是自动控制的一个重要概念,反馈放大电路是提高放大电路放大性能的重要手段,在电子技术应用中运用极为普遍。负反馈放大电路中,输出信号部分或全部反送到输入端削弱输入信号,使得闭环增益相对开环增益减小了反馈深度倍,表面上损失了放大电路的增益,然而,对放大电路的其他性能技术指标得到了极大的改善,表现在增益的稳定性得到了提高;环内的噪声干扰抑制能力以及非线性失真得到了改善;电路的带宽得到了扩展;输入电阻与输出电阻得到了相应的改善。如电压串联负反馈放大电路,增大了输入电阻,有助于电压输入信号的放大;减少了输出电阻,有利于输出电压的稳定性。正反馈放大电路中,输出信号部分或全部反送到输入端增强输入信号,闭环增益相对开环增益进一步增大,这是信号发生电路扰动起振的必然要求。信号发生器不会有输入信号或者说就是一个零输入电路,电路接通电源瞬间形成电路换路情形,通过正反馈选频网络(RC或LC选频网络)把输出端的信号有频率选择性地反送到输入端不断放大,这种无止境的放大也必然带来输出信号的非线性失真,所以在电路中为了防止输出信号的非线性失真,总是需要设置输出稳幅网络。可见,信号发生电路由放大电路、正反馈选频网络、稳幅网络三部分组成。稳幅的有效措施就是负反馈,所以,信号发生电路必须维持正反馈特性与负反馈特性的动态平衡。负反馈放大电路失去了增益,得到了电路性能技术指标的改善;正反馈放大电路得到了增益的“膨胀”,失去了输出信号的线性度,实际中为了挽回这种“失”,再次引入负反馈特性。

七、桥式整流的得与失

小功率直流稳压电源中整流的任务就是把交流电转换成直流电,衡量整流电路性能的主要参数表现在两个方面:(1)表征整流电路质量的参数,有输出电压和脉动系数;(2)表征整流电路对整流元件要求的参数,有正向工作电流和反向峰值耐压。半波整流输出电压低,脉动系数大;全波整流输出电压高,脉动系数小。然而,全波整流不仅需要降压变压器的副边引出中间抽头,更主要对整流元件的反向耐压提出了苛刻的要求,它是半波整流对整流元件反向耐压值要求的两倍。实际中,既要提高整流输出电压并减少纹波系数,又要对整流元件反向耐压的要求不苛刻,有效的技术手段就是桥式整流,桥式整流相比全波整流,在电路结构上只是增加了两个整流元件,但输出效果等同于全波整流电路的整流;桥式整流电路对整流元件的要求等同于半波整流电路对整流元件的要求,把半波整流与全波整流各自的优势整合在一个应用电路中。可见,桥式整流电路通过“失去”硬件(增加电路成本),得到了优于半波与全波整流电路的整流性能。

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二、课程结构与基本教学要求

“模拟电子技术”是电子信息类专业及其重要的学科基础课程之一,“电路分析基础”是与其直接相关的先修课程,此外还包括“高等教学”和“普通物理学”等相关课程。“数字电子技术”、“电子线路课程设计”、“高频电子电路”、“半导体集成电路基础”等后续课程与本课程密切相关,传感器原理、嵌入式系统以及毕业设计等也与本课程的联系比较紧密。结合电子科学与技术、微电子科学与工程的专业特点,在本课程教学过程中,我们注意本课程与后续课程的内容衔接,尽量避免复杂的公式推导,注重分析问题能力的培养。

1.课程的基本结构。为使学生对电子电路建立起系统的观念、工程的观念和创新意识。首先,要培养学生分析问题的能力,使其“会”读图,能对电路进行性定性分析,其次,要求能够进行定量计算。以我院电子科学与技术,微电子科学与工程两个专业为例,“模拟电子技术”教学计划共64学时,其中56学时为课堂理论教学,8学时为实验教学。为进一步培养学生的动手能力,随后安排2周的电子电路课程设计,作为实践环节的补充。经过比较甄别,采用文献[1]作为基础教材。教材遵循“先器件后电路,先小信号后大信号,先基础后应用”的规律编排内容,为相关课程的学习打下较好基础。在应用方面,是围绕信号的放大、运算、处理、转换和产生来介绍。

2.本课程的教学内容。在教学内容安排上,除去绪论部分,笔者将课程内容分成4个单元,如表1所示。第一单元讲述常用半导体原理,及其与分立元件组成的放大电路的原理;二、三单元分别为集成运算放大电路的原理及其应用;关于直流稳压电源的内容为第四单元。其中每个单元安排2学时的实验课程,分别为三极管放大电路(单级、差分)、运算电路、反馈放大电路和直流电源,考虑与实践环节“电子线路课程设计”的衔接,仅安排验证性实验。

三、教学模式的改革思路

1.优化教学内容。我们以所选用教材为根本,考虑教学学时有限,以及相关知识点的衔接,对教学内容做了一些优化。如表1所示,第一单元内容包括半导体器件及其基本放大电路,以双极性器件为主,单极性器件的学习做好与后续课程衔接即可。其中多级放大电路部分主要讲述差分放大电路;考虑知识点的连贯性,特别是把教材第9章关于功率放大电路的内容作为分立元件放大电路的应用,与多级放大器的输出级部分一起讲授。在此,要特别注意本课程“入门难”在该部分教学内容中充分体现;例如关于PN结单向导电特点,应避免复杂的理论和公式推导,在教学时可先由线性电阻的双向导电性对比PN结的单向导电性,比较其伏安特性曲线,使其特点一目了然。随着信息技术的发展,集成放大电路的应用越来越广泛。学习第二单元集成放大电路的原理及特点,特别要注意与后续课程“半导体集成电路基础”的衔接,关于集成放大电路的原理此处应重视其外特性,重点分析集成放大电路的频率响应和放大电路中的反馈。第三单元,集成运算放大电路的应用,包括基于集成运算放大器的信号运算与处理以及波形发生与转换电路。此处应注意与“高频电子线路”课程的衔接,波形发生电路重点讲述RC正弦波振荡电路即可,在内容上要避免不必要的重复。第四单元,直流稳压电源,讲述小功率整流滤波电路和串联反馈式稳压电路,并安排2学时的实验。考虑到在本课程的教学过程中,已将关于电子线路读图的方法穿插到相关章节;没有单独安排第11章“模拟电子电路的读图”的教学内容。

2.合理安排相关知识点的教学顺序。为培养学生综合应用所学知识解决问题的能力,要明确“学以致用”的道理;即学习器件原理的目的是为了组成功能电路。遵循这个理念,合理安排相关知识点的教学顺序,深刻领会知识点的内涵是教学过程中一个重要环节。首先,针对第一单元知识点的教学顺序做了一些调整。在学习三极管基本原理后,接下来便是三极管基本放大电路的学习;其次,考虑为CMOS集成电路的学习打下基础,关于场效应管原理其基本放大电路的学习虽非重点内容,但却是必不可少的。另外,关于差分放大电路以及互补输出电路的学习,需注意与集成运算放大电路的关系。第三单元分析非正弦波发生电路是一个难点,在教学过程中应引导学生应用“电路分析基础”课程“RC电路三要素法”定理分析非正弦波发生电路工作原理,则问题可迎刃而解。“电路分析基础”课程中所学“电流节点定律”、“电压回路定律”、“线性电路叠加原理”、“戴维宁定理”和“诺顿定理”等理论是从事模拟电子线路分析的基本定理,必须牢记。

3.完善多媒体教学课件,做好板书与多媒体教学相结合。多媒体教学以信息量大、图文并茂等优点,在当前电子信息类专业课的教学已普遍采用,很多教材配套多媒体课件,甚至出现在课教学过程中完全丢弃板书的现象。但必须注意多媒体教学节奏快,学生很难有时间做课堂笔记,容易产生“夹生饭”。对此,我们首先完善了与教材配套的多媒体教学课件,根据上文3.1和3.2所述优化教学内容和知识点顺序,特别参考相关文献对一些知识难点分解、细化,经过近3年的不断完善基本形成具有特色的“模拟电子技术基础”多媒体课件。同时,对一些比较适合板书讲解的知识点,注意做好传统板书与多媒体相结合;例如二极管整流滤波、放大电路图解分析法、放大电路交流等效电路、非正弦波发生电路的过程分析等,在讲解过程中通过板书一步步地画出相关波形有利于充分理解其内涵,培养学生的学习兴趣、增强学生的自主学习和实践动手能力。

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我们知道对计算机软件的开发是一件技术工作,计算机系统是很复杂的处理信息系统,要通过软件俩统一各个部件使其工作状态都能够和谐有效体现是不太现实的。经常来说,计算机体系结构是利用这种思想对系统进行层次上的简化,但是层次简化后的系统对目前的研究水平来说,还是难以突破的。目前流行的编程语言C语言来说,由于这些语言都是串行结构的,所以利用这个对系统内部模拟也是很耗时的,一旦中间环节有某些失误,也会导致整个编程系统瘫痪。

(2)系统软件模拟运行器运行精度现状。

当前,计算机系统软件模拟运行器运行精度低。究其主要原因是自身开发中不合理设计或者操作不合理。目前的软件模拟运行器研发主要有三个步骤,第一是理论研究思路,第二是按照理论进行设计符合标准的模拟器,第三是实现模拟器的功能正常运行。而这三个步骤中由于失误会造成研发的失败,比如,在第一步中,由于对计算机系统的各种需求没有做到正确分析,导致研发失败,对第二个步骤来说,失误是因为没有正确构建内部结构,所以导致模拟器的错误设计,模拟器精度差的原因是因为模拟器运行时间较长。

2对计算机体系结构软件模拟技术的未来探析

(1)计算机体系结构软件模拟技术的发展需要高水平的研发人员。

随着人类经济社会的不断向前发展,对计算机技术使用的不断深入,那么对计算机相关的信息处理系统工具要求也是越来越高。所以,作为计算机技术的研发工作人员,一定在顺应时代需求的基础上,不断加强对自己自身素质水平的提高,掌握丰富的计算机体系结构模拟技术知识,学习以往经验,根据需要不断创新技术,为计算机体系结构软件模拟技术的研发做不断地努力,来满足社会的需求,促进计算机体系结构软件模拟技术的不断发展。

(2)计算机模拟器新技术。

采取多种形式研究模式,需要我们基于现有技术水平的基础上,吸收国外先进的经验同时,不断创新开发模拟器新技术,并将不断优化模拟器的总体内部结构来作为研发总要课题。模拟器其本身的运行速度是制约模拟器和计算机体系结构软件技术开发的重要条件,所以未来对计算机体系结构软件模拟技术的研应该将重点放在便捷式且开放式的体系研究中去。就目前来说,模拟器的开发已经深入到跟踪技术和驱动模拟技术领域,但这些都是在静态的驱动模型上完成的,即使这种执行的静态驱动模型比较普遍,但是随着用户要求提高,技术要求提高,对其的研究不能只停留在这个阶段。

(3)计算机结构的仿真和计算机系统结构的新型模拟技术。

这两种模拟技术也是最近几十年来发展中最为突出的新型模拟技术,仿真系统模型是指用计算机的软件或硬件对计算机某种模型结果进行仿真模拟,目的是利用在一个机体上实现对另一计算机的已知功能,使二者出现相同的计算结果。计算机模型的模拟是指利用计算机工作的硬件或软件简单的模拟计算过程,只是常用来对计算机的性能与功能的预测及开发。也是主要注重研究计算过程,对结果时不太重视的。所以,我国的计算机体系结构软件模拟技术应该不断在这两种代表性技术的基础上不断研发新型的模拟技术。来促近我国计算机体系结构软件模拟技术的进一步发展,为经济社会的发展提供更好的服务。