導語：如何才能寫好一篇電路的創新設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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[關鍵詞]電容器；儲能；實驗電路；創新設計；應用

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）33-0395-01

電容器是電力系統、電工電子技術中的常用元件，也是電路的基本元件之一，同時學好電容器也為中等職業技術學校電專業的學生今后學習相應專業課建立必要的基礎知識，電容器能夠充電和放電是學習電容器的重點。

1.原電容器充放電實驗電路簡介

我們現在所使用的教材中提供的電容器充、放電電路如圖1所示，分析過程是：當開關S置于“1”時，構成充電電路，開始時燈泡HL較亮，然后逐漸變暗，從電流表可觀察到充電電流有大到小的變化，而從電壓表觀察到電容器上的電壓UC由小到大的變化，即UC ≈ E；當開關S置于“2”，就構成了電容器的放電電路，燈泡HL逐漸由亮變暗，最后熄滅，從電流表可觀察到電流由大變小，而從電壓表可觀察到電容器上的電壓也逐漸下降，直至UC=0，表示放電結束。

以上這個電路是電容器充、放電電路的原理圖，只適合純理論性的分析學習，這樣的電路已經不適應如今職業技術學校教學理念的要求，所以在實際教學中筆者盡量讓學生在做中學，通過直觀的實驗現象將知識點展示出來，以降低學生的學習難度，提高其學習興趣，因此，筆者對教材中提供的電容器充、放電原理圖進行了創新設計，這樣重新設計后的電路就比較適合于學生實驗操作之用了。下面就介紹一下電容器充、放電電路在實際教學中遇到的問題及重新設計后的電路。

2.原電路存在的問題

在選用圖1時，經過分析發現存在如下問題：

（1）這個電路中所有電器元件都沒有標注具體參數，學生真正地去做實驗，沒有選用元器件規格的依據，也無法實際實驗。

（2）實驗現象不夠直觀，此電路要求充、放電過程中要觀察燈泡的亮暗程度，同時還要觀察電流表中電流的大小變化情況和電壓表中電壓值的大小變化情況，太復雜。

（3）原理上分析，電容器在充放電時燈泡的亮暗程度是逐漸變化的，但實際上電容器充放電的速度很快 ，燈泡會突然亮或滅，導致人用肉眼觀察不到燈泡的亮暗變化。

（4）親自做過此實驗的人會遇到這樣的問題，就是電容器通常會出現充不滿電的情況，結果導致電容器兩極板間的電壓UC不能約等于電源電壓E。

3.實驗電路的創新設計

根據上述分析，筆者經過大量的理論推導和多次實際實驗解決了上述電路存在的問題，在原電容器充、放電電路基礎之上做了如下創新，實驗電路如圖2所示。

（1）電路參數的設定為使學生在實驗中保證操作安全，電源采用10V直流穩壓電源；該電路中電容器用耐壓高于電源電壓且容量較大的電解電容或油浸紙介電容，容量為470μF，接線時要注意極性，不要接反，如果接反會損壞電容器，甚至引起爆炸；燈泡選用與電源電壓相符的即可（如果身邊沒有相應規格的燈泡用額定電壓稍高于電源電壓的指示燈也可）；電阻R1和R2所用規格分別是10K 0.5W和20K 0.5W。

（2）充、放電現象的創新。教材中所提供的電容器充、放電原理圖中，讓學生觀察燈泡的亮暗變化的同時還要觀察電流表和電壓表上數值的變化情況，這樣對于初學電知識的學生來說還不具備那么復雜的分析能力，所以筆者將電路中所使用的電流表和電壓表撤去，只觀察燈泡的亮暗程度。亦能說明電容器充、放電現象，這樣實驗現象變得更直觀、內容也更加簡單易懂。

（3）充、放電速度的創新。理論上分析電容器充、放電時，燈泡是逐漸變亮或逐漸變暗的，但實際在操作時，燈泡的亮暗變化很快，操作者觀察不到實驗現象，誤認為實驗是失敗的，所以筆者根據能夠反映電容器充、放電時間長短的參數τ=RC做了定性分析和理論性推導，再結合筆者自身的實踐經驗可知，實際上t=（3～5）τ時，充電或放電就已經結束，最后確定出限制充電時間的電阻R1的值選用10K，限制放電時間長短的電阻R2的值選用20K最為合適，這樣充電或放電的時間限制在3～5S內，實驗現象就具有一定的可觀性，且能夠有力的說明電容器具有充電和放電的特性。

4.實驗中常見問題的處理

電容器充電實驗時，電容器經常會出現充不滿電的現象，電容器充電實驗電路如圖2所示，1和3相連時為充電；2和3相連時為放電。充電和放電時用萬用表觀察電容器兩端電壓時，電容器兩端的電壓就等于電源電壓減去電阻R1兩端的電壓，為了使充電時間延長，R1要有一定的阻值，阻值太大，電容器兩端電壓與電源電壓相差太大；如果太小，電容器兩端電壓是與電源電壓近似相等了，但是充電過程太快實驗現象就沒有了可視性，所以，筆者經過大量的實驗得出結論，電阻R1的值取如圖2中的數值比較理想，這樣既能是實驗充電過程具有一定的可觀性，且能是電容器兩端電壓是與電源電壓近似相等了。

5.設計后電路在教學中的應用

實際教學中，在介紹電容器之前，可以讓學生先觀看實際使用中的電容器元件，例如：計算機內部顯卡電路板上的各個元件，從感性上認識到電容器與電阻器一樣也是電路中的常用元件，這樣就可以很自然地引出電容器的概念，此時學生肯定會具有很強的好奇心，很想知道電容器在這個電路中有什么作用呢？實際上這也正是我們要向學生傳授的內容，在這一環節中我們一定要打破傳統的教學方式---教師給學生做純理論性的分析講解，因為這樣的教學方法已經不再適用現代學生的學習要求，那我們教者怎么辦呢？此時教師可以通過一段過渡性的語言引導學生：“你們是不是想知道電容器這個元件在電路中有什么作用嗎？現在就讓我們一起動手做一做，從實驗中尋找答案吧”，在學生動手做的過程中，老師要圍繞本次課的知識點提出幾個相關的引導問題，讓學生帶著問題去做實驗，通過實驗現象就能自行回答出引導問題，從而也就把我們要學的內容掌握了，在實際教學中應用本文重新設計后的電容器充、放電電路，讓學生先動手做一做，同時結合上述的教學方式，確確實實收到了非常好的教學效果。

總之，電工基礎課的教學內容目前還存在理論性強、概念多、公式復雜、知識點分散、內容抽象等客觀問題，所以通過對電容器實驗電路的創新設計，使直觀的現象和抽象的理論結合，讓學生親自動手操作，這樣比較容易接受和理解，印象深刻，記憶牢固，從而真正地實現了在做中教、在做中學，這也正符合當今中等職業技術院校所提倡的一體化教學的理念。

參考文獻

《電路》第四版 邱關源 高等教育出版社

《電工學》第六版 秦曾煌 高等教育出版社

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【關鍵詞】中職學校；電子電路設計；音響設計；創新教學

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）05（c）-0000-00

與中職學校的其他專業相比，電子專業對于學生的動手實踐能力要求更高。因此在進行電子電路設計課程的教學中，應當充分將理論與實踐結合起來進行教學。但是受教學資源和教學條件的限制，部分中職電子電路設計專業教學仍然以理論教學為主，只注重學生在CAD軟件上的操作是否熟練，而忽略了電子電路設計的實際應用。以下筆者就結合自己的教學實踐經驗，來談談電子電路設計實用性項目的創新教學方法。

1、開展實用性項目教學的必要性

一般來講，電子電路設計工作都是在CAD軟件上制作完成的，因此現如今很多中職電子專業在教學中往往只將教學實踐的重心放在培養學生的CAD制圖能力上，也就是說，中職電子電路設計教學除了進行理論教學以外，就是對學生進行CAD軟件應用能力培訓，并認為這樣就能夠培養出優秀的電子電路設計人才。然而事實上卻并非如此，很多學生在進入企業進行實際生產時，仍然不能在短期內掌握生產設計要領，實踐能力很弱。

基于此，我們應當了解到，電子電路設計課程的教學內容不但要包括理論、CAD軟件，還要包括一些實用性項目，也就是要培養學生對于PCB板的設計能力，包括對PCB板的布局和布線進行合理設計，從而使產品設計達到相關質量認證要求。

2、開展實用性項目創新教學實踐的方法

通常在中職電子電路設計課程的項目式教學中，包含了繪制單管放大電路原理圖、制單片機系統層次原理圖、繪制元件原理圖、單管放大電路PCB板設計、單片機系統PCB板設計、U盤PCB板設計和PBC封裝設計幾大項目。在本文中，筆者提出可以在此基礎上增設一個新的項目，即音響電路PCB板的設計項目。

之所以要提出在電子電路設計項目中增設音響電路設計，是因為當前的電子產品基本上都會配備語音系統，而電子產品的發展又是趨勢于輕巧、單薄的方向。也就是說，現代電子產品對電子電路板的密度要求越來越高，PCB板的密度大小、精度高低都直接決定著其性能好壞。而在PCB板的設計中，若布線過于緊湊，會出現嚴重的干擾，因此要增大密度，就必須要提高PCB板的抗干擾能力。為此，我們應當將音響電路PCBLAYOUT設計也作為電子電路板設計的一個重要項目內容。

3、基于實用性的音響電路設計項目實踐

音響電路的PCBLAYOUT一般由集合數字電路、模擬電路和高頻電路組成，在對其進行設計時應當充分考慮到電路板的使用穩定性。而影響其使用穩定性的主要因素有電源、接地和信號線處理等，這些因素對電路板的抗干擾性影響也較大。為此以下我們重點對這三個因素的實踐處理方法進行探討。

3.1電源的處理

在組合音響的使用電源種，運用到很多降壓、穩壓電路，所以在做線路圖時就應當把他們分開。但是在選用降壓呵穩壓電路時，必須要考慮到承受工作的電流問題，在同一組電壓給不同模塊時應當將磁珠分開。

3.2地線的處理

在做組合音響的地線處理時，必須要考慮的就是電流問題。

我們都知道一個原理，那就是電源從哪里來，那么底線就要回哪里去。比如一個5v的電源，它給CD部分供電，那么CD部分的地也要回到5v電源的地上，如果這個5v電壓是經過12V降下來的，那么它的地也就再回到12V電源的地線上，都是一級一級串起來的，最后到總電源輸入的地上。

DA解碼芯片的地線、FM音頻輸出的地、DECK的地、AUX輸入的地、LINE IN輸入的地都應該直接接入到功放的地線上。很多時候，我們畫功放電路都會想到單點接地，都想把所有地都接入到濾波電源的電容上，認為這個地方的地是最干凈的，其實還是有局限性。因為AUX輸入的是音頻信號，電壓的幅度起伏不定，功放的電流波動也很大，也就造成功放的地不穩定。

喇叭的地要接到電源地上，不能放在功放的IC地上，眾所周知，功放的IC地上是存在一定電壓的，如果把喇叭的地接放到這里，不僅輸出功率降低了，還相當于是吧喇叭的地與功放IC的地接在了一起，這樣使得喇叭的地變得更加不穩定，電壓相對也起伏加大了。

3.3信號線的處理

在模擬功放里信號線已經很少，一般只有聲道。

在音頻輸入輸中間要用地線隔開，最好音頻線的兩邊要用地線包起來。

LR聲道線上的濾波電容要離開得遠些（在音頻信號幅度很大的時候，這點影響很明顯）。相隔太近，容易引起失真，串音。

在電流很大的信號線電源及地線上可增加露銅區，在過波峰焊的時候露銅的地方會沾上錫，從而減少銅鉑上的阻抗，一般是在地線上，或者音頻輸出線上。

3.4音響產品的PCB工藝

貼片元器件基本上和MP3的工藝是一樣的。音響產品使用到插件的物料很多，所以在焊接上可能還會使用到波峰焊，因此在一些插件元器件中和貼片是不一樣的。

在一些大的焊腳上需要增加SOLDER缺口，以便過波峰焊的時候，不至于出現連錫，但是過波峰焊的方向一定要和缺口方向一致。

3.5認證

我們都知道，音響產品不比MP3和U盤，它還多了一個需要認真的安規UL。所以在選用器件時，一定要選擇過了UL認證的物料，還要選擇在認證時變壓器一定是沒有被浸漆的，在做安規測試時要有耐壓和過流保護作用的。如果選用好的變壓器，那么耐壓問題是不會出現的，在電路中增加保險絲，也是為了做過流的保護作用。

FCC，CE認證的處理方法基本上都是適用于音響產品的。此外就音響產品還有一種特殊的處理方法，就是在連接線上增加磁環。

4、結語

綜上所述，在中職電子電路設計的課程教學中進行實用性項目教學的創新和改進是非常有必要的，也是未來社會發展對中職學校人才培養提出的新的要求。作為電子專業的學生，不但要能夠充分掌握電子電路設計的理論知識和軟件設計方法，還要能夠與實際生產相結合，掌握生產中需要注意的設計要點。本文中提出在電子電路設計的項目教學中加設音響電路設計正是基于這種理論而提出的，希望能夠為廣大同行提供一些借鑒和參考，從而促進中職電子專業教學模式的改革和教學水平的提高。

參考文獻

[1] 趙永杰，郭英. 項目教學在電子線路CAD教學中的探索與實踐[J]. 吉林廣播電視大學學報. 2010（05）

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關鍵詞：輸電；35KV；技術創新；有效策略；線路設計；法規

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A

一、輸電線路設計

目前的35KV輸電線路設計主要包括兩個步驟：初級設計和施工圖紙設計。

初步設計：

初步設計是對整個設計進行整體的構思，這一步需要綜合考慮相關的設計原則以及設計要求。

（一）選定輸電線路的路線

在確定輸電線路時，應該遵循以下幾個原則：盡量保證所選的路線在滿足所有條件時是總路程最短的一條；地質災害嚴重的地方要避開；林區、農田區、開發區、旅游景點也要避開；繞開墳地以及廟堂等地方；不能穿過通訊線路、河流、水庫等；避開重污染和高危險區域（如化工場、儲油庫等）；避開城鎮與村莊中建筑群集中的地方；盡量選擇沿著公路的走向設立輸變電設施。

（二）嚴格遵守下列原則

設計之前應該進行實地測量，測量結果對設計有著很大的影響，因此需要勘測人員認真負責的完成這項工作。勘測之后定位樁的位置需按照以下原則選定：與建筑物的距離要大于10m；與公路的距離要大于15m；與通訊設施的距離大于20m；流沙、爛泥地等地方需要避開；不可在陡坡或滑坡上設定位樁；龍脈、墳地和廟堂這些民間百姓迷信的地方也要避開；經濟林、果樹園、風景區等高經濟價值的地方要避開；定位樁若是必須穿過高電壓等級的地方，則需要選在對地距離較高處（通常都必須在12m以上）。

（三）確定導線以及避雷線的安裝

在系統提供的負荷壓力下，參考資料所選擇的導線截面做決定。在選定導線時，其截面積應該盡量偏大而不可偏小，而避雷線則應該根據標準選定。

（四）天氣的選擇

在35kV輸電線路的設計中，可以根據最高溫度計算導線的最大垂度，使導線不接觸到地面以及建筑物；根據最低溫度確定導線的最大應力；根據最大風速確定出導線、電線桿以及拉線等部件的外負荷，并驗算導線與最近建筑物的水平安全距離是多少；根據雷電出現的次數為防雷保護措施提供參考。這些氣象條件為我們提供的信息可以有效防止安全事故的發生，同時也可以降低事故造成的傷害。

（五）防雷設計

避雷線根數的確定是通過送電線路的電壓等級以及現有輸電線路的運行經驗，接地的避雷線是輸電線路最有效地避雷方法。35kV的輸電線路并不在全線都架設避雷線，而只在送電廠以及變電所這兩處架設1～2m的避雷線。由于35kV的輸變電線路可以在單相接地時短時間的運行，因此沒有設立避雷線的部分可盡量采用三角形的排列方式。這樣最上面的一相導線便可作為避雷線使用。避雷線的進線段需采用導線水平排列的桿塔，這樣可以降低雷電擊中桿頂的電位，從而避免避雷線的分流，有效降低因雷擊造成的掉閘率。

（六）塔桿的選擇

農村地區以往多使用徑硂桿來架設輸電設備，比如拉線等。這種桿給施工過程帶來不便，同時使用起來有著比較大的風險，35KV輸變電線路設計采用標準的自立塔。這種自立塔使用了熱鍍鋅技術，能有效加強其風防腐能力。

城鎮區域則由于受規劃的限制，可以采用鋼管桿。鋼管桿多使用鋼管樁作為地基，它對周圍的建筑物以及交通狀況的影響比較小。

（七）施工圖紙設計

根據初選的路線、塔桿設立等繪制一份整體的施工圖紙以及一些局部細節的圖紙，其中應該包括：詳細的路線圖、打樁的位置圖、鐵塔的斷截面圖等。并且，施工圖紙的設計這個步驟還應該包括完整的材料使用明細表以及施工預算方案。

二、創新施工技術的有效策略

（一）指定規格

架設進出線是一項很復雜的工作，容易出現問題，因此35kV的輸變電設計應該明確指定其進出線的規格，以便與架空線路終端的引線匹配，這樣進出線的架設才會更簡便，減少出現問題的可能。同時還應該盡量讓35kV架空線的防雷范圍與所在地已有的防雷銜接好，以免出現防雷漏洞。

（二）親自監工

對于勘測人員選定的設桿位置，施工的總負責人應該在施工進行時親自去到現場，參與到現場狀況的指揮中去，合理的安排并協調現場的施工狀況并對施工中遇到的問題進行指導。比如審核塔桿位置點的合適與否，對于不合適的設桿點，需要在允許的范圍及時的確定新的替代點。

（三）留意小細節

35kV輸變電線路設計十分精密，因此在細節方面應該格外注意，比如像電桿應該埋多深及其底盤規格等這樣的問題。并且，使用“T”接的輸電線路就應該使用該接法最合適的桿型，并明確指出其連接方法。還有，某些地方的土壤性質特殊，這點也需要格外注意。土質偏酸、偏堿或是具有腐蝕性時，塔桿埋入后會因為這些原因受到化學侵害，塔桿的穩固性會因此受到影響。因此可以對每個地方的土壤進行檢測，這樣在埋入電桿時可針對不同地方的不同特性適當的進行防酸、防堿、防腐處理，延長電桿的使用時間。

（四）嚴格恪守國建的施工法規

在施工時，應該一切按照規章制度辦事。國家規定必須勘察、以后再動工，就必須嚴格按照這個程序來，絕對不可一邊勘察、一邊設計、一邊卻已經開始施工的情況發生。

結語

35kV輸電西路設計以及施工技術的創新，不僅需要我們在電力方面的高端技術與豐富的經驗，還需要我們對地方實際情況的了解、對工作認真負責的態度以及對國家相關規定的充分了解。只有根據國家對初步預算的限制進行施工預算才能得到國家審批并具體實施，也只有在熟悉地方狀況的情況下，才能與實際結合，因地制宜的設計出最合適的輸變電線路設計方案。輸變電設施關系重大，只有敢于鉆研與創新，不斷地探索，才能讓我國的輸變電線路建立得更先進與穩固，才能讓我國的輸變電線路施工技術得到不斷的改進。

參考文獻：

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[關鍵詞]實驗教學；創新能力；實踐能力；研究生教育

[中圖分類號] G643 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）01-0168-02

研究生教育屬于國民教育序列中的高等教育，對國家創新人才培養以及提高國家科技競爭力具有決定性意義。研究生教育不僅要求學生在本門學科內掌握堅實的基礎理論和系統的專門知識，而且要求具備從事科學研究和教學工作或獨立承擔專門技術工作的能力和創新能力。因此，與本科及其之前的教育不同，研究生教育的核心是培養學生的科研能力、工程實踐能力以及創新能力。為更好地實現培養目標，提高培養質量，當前國內外很多工科類大專院校在研究生階段的課程系統中開設有實驗課程。大量的事實證明，研究生實驗能力的高低，決定其科技創新水平的高低。而創新是研究生培養質量的標志和靈魂，離開了創新，就談不上高質量高素質的研究生教育。

一、優化教學內容

“測控電路與裝置”是我院儀器科學與技術學科研究生選修課，主要介紹測控系統常用硬件電路與裝置的原理及實現技術，其完整的教學體系包括信號運算與處理電路、信號轉換與模擬電路、信號激勵與檢測電路、測控系統設計以及新型集成電路的應用等，內容涵蓋了基本的原理電路和大規模集成芯片的應用。

為了培養研究生的實驗能力，我們摒棄了傳統的以教員講授為主、學生被動接受知識為輔的教學模式，對教學內容進行優化，體現由“學科系統式”向“應用系統式”的轉變、由“微觀局布式”向“宏觀整體式”的轉變、由“面面俱到式”向“精選式”的轉變，將教學內容用若干個基礎驗證實驗、綜合設計實驗和創新型實驗貫穿起來。我們利用基礎驗證實驗培養學生掌握堅實的基礎知識，培養和激發學生創新意識，利用綜合設計實驗培養學生的知識綜合應用能力，利用創新型實驗培養學生的創新和解決實際問題的能力。

實驗內容的劃分可用圖1表示。基礎驗證實驗包括：運算放大器的特性與參數、運算電路的特性與參數調整、信號變換電路的特性與調整等；綜合設計實驗包括：基本信號處理電路設計與調整、函數發生器電路設計與調整、直流穩壓電路的設計與調整、濾波電路的設計與調整等；創新性實驗包括：信號產生電路設計與應用、數據采集電路設計與應用、線性系統性能分析、CPLD和FPGA芯片的應用等實驗。實際教學過程中，這些實驗的具體內容、要求，以及使用的器件或芯片等會根據研究生的知識掌握程度和技術的發展進行更新或調整，并鼓勵研究生自主設計，自己動手，自由探索，開設創新性實驗。

二、創新教學實施方法

教學過程由基礎講授、實驗、撰寫報告、匯報交流或檢查評估等環節組成。教員在基礎內容講授的基礎上，布置實驗內容、要求及注意事項。研究生根據實驗內容和要求進行仿真實驗或實際實驗，仿真實驗利用Multisim軟件在計算機上進行，實際實驗內容利用具體的元器件和電路實驗。實驗由研究生一人一組進行，實驗完成后要寫出實驗報告并制作PPT課件，在課堂進行交流。對于綜合性和創新性實驗，還要由教員和全體學員共同評估項目的完成情況，作為課程考核平時成績的評定依據。2015年研究生“測控電路與裝置”課程教學實施計劃，我們安排了運算放大器的特性與參數、運算電路的特性與參數調整、信號變換電路的特性與調整3個基礎驗證性實驗，綜合實驗安排了RC有源濾波器設計與調整、信號處理電路調試與仿真，最后以信號產生電路的設計、仿真與調試為創新性實驗，鼓勵研究生自主設計與創新。

創新過程可能發生在設計過程，也可能發生在仿真和調試過程中。例如，在DDS仿真電路中，U1似乎是多余的，因為它沒有任何連接，而且從原理上講DDS電路也是不需要MCU的，那么U1在電路中的作用是什么呢？在進行DDS仿真實驗時，我們發現MultiSim不支持ROM的設置，即利用MultiSim無法直接設置正弦數據存儲器的值，但是研究發現，在進行MCU仿真時，MultiSim允許將程序編譯下載到MCU的外部程序存儲器，于是我們可以將整個DDS電路看作MCU的電路，并利用MCU的程序編譯過程實現對U2的加載，進而實現DDS電路的仿真。

三、完善實驗環境

培養研究生的實驗能力對教員的素質和教學的實驗條件提出了更高的要求。教員不僅要熟練掌握教學內容，還要具有豐富的相關學科知識，能正確解答研究生在實驗過程中提出的問題。同時，實驗條件也應滿足教學要求，包括虛擬仿真實驗所需的計算機和電路仿真軟件，以及實際實驗中用到的實驗平臺、儀器儀表、元件器件等。

虛擬仿真實驗利用計算機和電路仿真軟件MultiSim進行。針對實際電路實驗，我們建立了相應的實驗平臺。該實驗平臺除了可完成熱電偶、光敏電阻、霍爾器件等基本元器件測試以及基本的模擬、數字電路實驗外，還可對實驗內容三個層次完成運算放大器特性與參數調整、差動放大器性能分析、波形轉換電路實驗、信號產生電路實驗、濾波電路實驗、數據采集系統設計與分析、線性系統的頻域響應分析、典型環節時域響應分析、電工電子創新設計、機電一體化綜合創新設計以及智能飛行器創新系統設計等實驗項目。

四、構建綜合考核評價體系

實驗教學考核評價體系的構建應該將鼓勵創新放在首位。“測控電路與裝置”課程考核成績主要由實驗設計與操作的成績、平時成績、創新設計成績三部分構成。其中，實驗設計與操作成績包括實驗方案設計報告、實驗操作情況、實驗報告等三部分成績，主要考核研究生的工程實踐能力、團隊協作能力和創新能力；平時成績主要包括課堂專題討論情況、答疑討論情況、定期匯報報告情況等幾部分，主要考核學員的理論知識綜合應用能力和總結表達能力；設立創新設計成績，支持和鼓勵有創新意識的研究生積極進行創新實驗活動。通過這種綜合性的考核方法能夠盡可能地考核學員的各種能力，督促研究生學員有意識地加強創新實踐能力的鍛煉。

五、教學效果分析

采用實驗教學為“測控電路與裝置”課程教學帶來了生機和活力，提高了課程的教學效果和研究生的實驗能力。主要體現在：

1.實驗教學實現了以研究生為主體的良好教學環境，使研究生在主動完成實驗內容的過程中積極探索，主體意識明顯增強，學習積極性大大提高；

2.轉變了研究生的學習觀念，激發了研究生的學習主動性，提高了動手實踐能力、協調能力及解決問題和應變的能力，自我探究能力也在不斷提高；

3.在完成實驗的過程中，有很多問題需要討論和相互協作，研究生之間、教員與研究生之間溝通加強，增強了團隊的合作意識；

4.通過實驗結果的總結和討論，提高了研究生的語言和文字表達能力，最大限度地開發了研究生的獨立思考能力，提升了研究生對于科研創新的信心。

從幾年的教學效果和研究生的反饋信息來看，研究生樂意接受這種以實驗能力培養為主的教學形式，課程取得了很好的實效，同時，也為理工科課程的研究生創新實踐能力培養提供了一些有益的借鑒經驗：

首先，要加強課程體系建設，從課程體系上深化研究生實驗能力的培養。

其次，在基礎實驗的框架下，針對不同專業背景或不同知識掌握程度的研究生，制訂深度不同、程度合理的實驗內容，因材施教，讓能者在專業上得到長足發展。

另外，隨著高校實驗教學改革的深入開展，創新和改革實驗教學方式和考試方式更有待深入細致的探索和實踐，尤其需要采用多元化方式激勵研究生投入更多的創新思維到實驗設計中去，并且不斷在實踐教學中檢驗和發展改革效果與運行機制。

[ 參 考 文 獻 ]

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關鍵詞：項目教學；開放式；模塊化；創新套件；MSP430

中圖分類號：TP368.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）20-0022-03

引言

單片機實驗箱是學生學習和掌握單片機應用系統設計的主要平臺，創新實踐是培養學生工程能力的必不可少的環節，因此，如何有效設計實驗箱培養學生工程實踐能力是國內各院校關注的重點。目前市面上的實驗箱多以51系列、PIC系列等單片機為主，集成度高，只能為學生提供驗證性、訓練性的實驗項目，無法結合工程應用問題進行創新設計。隨著信息技術的發展，低功耗的單片機應用越來越廣泛。TI公司推出的MSP430單片機以其超低功耗并兼顧高性能的特性在工業、消費類電子產品、便攜式儀器等領域越來越受到歡迎。本文以MSP430單片機為核心，基于項目學習理念開發了一套模塊化、開放式、面向工程應用的創新實踐套件。

1 設計思想

模塊化、開放式、有助于項目學習是該套件的最大特點。具體表現為如下形式：

（1）模塊化特色是按照基礎和應用需求，分類設計電路；彼此之間既有聯系又互不限制。

（2）開放性特色要求各模塊既能單獨使用，又能組合實

現，且可利用套件提供的資源，按照項目要求自行設計模塊。

（3）有助于項目學習則要求開發的模塊具有實際的工程

應用意義，幫助學生從單片機的實驗理解層面上升至工程應用層面，提高運用單片機解決實際工程問題的能力。

2 硬件研制

基于上述設計思想，設計了套件的硬件電路，主要由核心板、母板、實驗模塊等部分組成。

2.1 核心板

核心板是該實驗套件的主控制電路，主要包括了MSP430F6459單片機的最小系統、LED、按鍵以及電源電路。

單片機最小系統包括了復位電路、JTAG接口和兩個外部晶振源，分別為32768Hz與4MHz；為提高程序執行效率，兩個LED燈和兩個按鍵均與單片機帶中斷功能的引腳相連；核心板上還單獨提供了+5V轉+3.3V的電源電路，可以實現核心板單獨供電并外擴應用于創新設計中。

2.2 母板

母板設計了三類接插口，分別是單片機引腳接口、電源接口、固定模塊接口，其中，單片機接口將按照其功能進行分類，對一些在接插時有順序要求的接口作防反插設計，比如SPI、I2C。單片機接口的引出不僅滿足了現有實驗的需求，更能為外擴新模塊提供豐富的硬件資源，充分調動學生自行設計電路的熱情。

2.3 實驗模塊

實驗模塊包括了電源管理模塊、電容和溫度檢測模塊、電機調速與測速模塊、稱重模塊、無線通信模塊、音頻模塊和人機接口模塊。電路設計充分考慮了工程應用中的兩大要素――抗干擾能力和應用條件。實驗模塊通過直插式插針可在母板上進行自由插拔組合，不同模塊的組合既能完成單片機的基本功能模塊實驗，也能完成各類綜合性實驗。這種工程化和模塊化的設計方式大大提升了實驗裝置的開放性，提高了學生實踐創新的能力[1]。

套件核心板與實驗模塊板硬件框圖如圖1所示：

3 軟件研制

系統軟件采用模塊化的設計思想，各模塊均由主監控程序統一調度，使得程序更加清晰易懂。設計的模塊包括了初始化模塊、中斷模塊、電容檢測模塊、溫度檢測模塊、電流檢測模塊、電機調速與測速模塊、頻率檢測模塊、重量檢測模塊、觸摸按鍵模塊、液晶顯示模塊和音頻驅動模塊。軟件框圖如圖2所示。

4 實驗設計

基于上述硬件和軟件設計，該套件設計了三類實驗，主要內容如下：

（1）基本模塊實驗：I/O口實驗、系統時鐘實驗、串行通信模塊實驗、模數轉換實驗等。

（2）綜合實驗：溫度檢測實驗、頻率檢測實驗、電流檢測實驗、直流電機調速實驗等。

（3）傳感器應用實驗：電容檢測實驗、稱重實驗、直流電機測速實驗等。

現以稱重實驗、電容檢測實驗以及頻率測量實驗為例作詳細介紹。

4.1 稱重實驗

稱重傳感器選擇應變片式傳感器，其具有分辨力高、誤差小、尺寸小、成本低等特點，在工程中得到廣泛應用[2]。由于該電壓信號微弱，理論上重量改變1g電壓僅變化11uV，且受共模干擾嚴重，在實際工程中無法直接應用，因此，采用兩級調理電路進行處理，第一級調理電路選擇TI公司的儀表運放INA333，一方面通過改變電阻R74來設置放大倍數，本文設置為200倍放大，另一方面儀表運放與普通運放相比具有更強的抗共模干擾能力[3]。第二級調理電路加入有源濾波器去除高頻噪聲，最后與母板上的AD輸入端口相連進行模數轉換。稱重模塊的硬件原理圖如圖3所示。

通過稱重實驗掌握模擬數字轉換器（ADC）的應用。稱重實驗的軟件模塊包括系統和片上AD初始化、采樣信號讀取、平均濾波、計算重量和液晶顯示五部分。

4.2 電容檢測實驗

將核心板、電容數字轉換模塊、液晶模塊組合，即可完成電容測量實驗。其中，電容數字轉換模塊的核心為AD7745，該芯片可直接將電容傳感器感應輸出的電荷信號轉換為數字信號，與母板上的I2C接口連接實現串口通信。為滿足工程應用的需要，該模塊進行了以下三點設計：第一，由于AD7745的猶測量范圍有限，后級加入電容擴展電路，將測量的動態范圍擴展至±20pF，實現寬信號范圍的輸入要求[4]；第二，AD7745實質上是一款24位模數轉換器，因此，該電路屬于模數信號混合電路，對該模塊區分模擬地與數字地，最后通過磁珠實現單點接地。此外，采用屏蔽電纜和SMA插座實現電容傳感器與測量電路的連接，防止電容信號在傳輸過程中受到嚴重的干擾[5]。第三，為了降低功耗，整個模塊采用+3.3V電壓供電。電容數字轉換模塊能對電容實現精確測量，且模塊輸入輸出端均引出接口，可直接將其外擴應用于工程設計中。電容檢測電路如圖4所示。

電容檢測實驗的軟件模塊包括系統和外設初始化、數據讀取、電容計算、液晶顯示四部分。

4.3 頻率檢測實驗

頻率檢測模塊可以實現對輸入的正弦波頻率進行測量[6]，傳統實驗通常需要外加信號發生器實現，信號發生器體積大，不易攜帶，不利于滿足學生隨時學習的需要。因此，創新套件引入易派的EPI-m102型虛擬儀器，簡化了硬件設備。由上位機控制的虛擬儀器產生正弦波。如圖5所示。

輸入的正弦信號經過直流偏置電路后，通過一款施密特觸發器進行整形，輸出的方波被單片機的定時器模塊捕獲測得頻率。頻率檢測模塊的硬件電路如圖6所示。

頻率檢測實驗的軟件模塊包括系統和定時器初始化、數據讀取、轉速計算、計算平均值四部分。

5 結束語

本文以MSP430單片機為控制核心，以綜合、實踐、創新為設計出發點，面向項目學習，研制了基于430單片機的實驗套件。該實驗套件上的模塊能夠實現自由地插拔組合，不同的組合可以實現不同的實驗功能，且取得了良好的實驗效果。套件為外部電路預留了大量功能引腳，學生可以設計新的模塊來豐富實驗電路，大大增強了對外擴展性，同時又提高了學生的創新設計能力和單片機應用能力。設計的實驗模塊充分考慮工程應用的需要。加入擬儀器具備波形產生、顯示、采集等功能，簡化了實驗硬件需求。總體而言，該創新套件具有模塊化、開放式、集成度高、易攜帶、適合項目學習的特點，非常適用于學生學習單片機以及創新設計。

參考文獻：

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[2]范占峰.稱重傳感器檢測系統的設計與實現[D].電子科技大學，2013.

[3]WaltJung，等.運算放大器應用技術手冊[M].張樂峰，張鼎，等譯.北京：人民郵電出版社，2009.

[4]徐成林.基于邊緣電場傳感器的介電測量方法和系統研究[D].合肥工業大學，2013.

篇6

關鍵詞 臭氧 高壓放電 低功耗振蕩

引 言

臭氧技術已在飲用水殺菌消毒、食品、空氣凈化、化工生產、醫學等領域得到廣泛應用， 因此臭氧生成裝置的改進設計研究具有實用價值。國內外的臭氧生成裝置多數采用板式、管式或單片機等較大電路模塊，體積較大、成本高；多數生成的產物為臭氧氣體，使用時需要把氣體通入水中，再生成臭氧水以實現消毒。

本文針對高壓放電（電暈放電）氧化空氣生成臭氧的裝置，通過創新設計雙電路供電，配合低功耗振蕩電路、低匝數變壓器以及倍壓整流電路，輔以控制電路、風扇排風系統和放電系統，克服傳統臭氧生成裝置模塊龐雜的缺點，使臭氧生成裝置的體積大為減小，并增加臭氧氣體消毒、臭氧水消毒、臭氧水霧消毒應用控制模塊，以達到臭氧生成模塊微型化、電路靈活化和低功耗的效果。

1 主要設計思路

臭氧生成模塊的核心在于臭氧生成電路，常見生成方法為高電壓擊穿空氣中的氧氣形成臭氧，其高壓的產生有2種設計方式。

1.1 交流供電

采用220V交流市電，通過控制可控硅的導通與否形成振蕩電流源，然后輸入變壓器產生高電壓。這種輸入220V交流電直接進行振蕩的供電方式其優點在于：因輸入端電壓較高，變壓器匝數較少，可以大大縮小變壓器體積。但220V市電直接供電，其輸入端只能是市電接口，而控制電路工作電壓一般為5～24V，因而明顯缺點是缺乏電路靈活性，單一的供電端又使得電路可控性差。

1.2 直流供電

采用5～24V直流電壓供電，然后利用不同振蕩方式，再由變壓器產生高壓。低壓振蕩產生方式包括：RC文氏橋振蕩、RC分立元件多諧振蕩、RC非門振蕩、LC變壓器反饋振蕩、LC電感三點式振蕩、LC電容三點式振蕩、石英晶體振蕩以及集成元器件振蕩等。優點在于：選擇余地大，可以按照要求制造出各種方便控制的電路，或者滿足各種輸入輸出特性要求，滿足多樣化的需求。缺點在于：（1）供電前端輸入電流小，需要更多匝數的變壓器，導致電路體積增大；（2）為實現高效的可控性能，需要通過集成元件來處理，因此對電路的復雜程度要求高，并且電路功耗大。

若實現減小體積、降低功耗以及提高電路選擇靈活性等要求，可采用以下方法：（1）采用12V直流電路供電和220V市電（交流電）雙電路可選擇模式，最大程度地提高電路靈活性；（2）采用低功耗振蕩電路（LC變壓器反饋振蕩），它對電源的要求低，功耗小，雖然它的輸出達不到集成元件的高性能和高可控，但已經滿足臭氧發生器系統需求；（3）采用低匝數變壓器感應出比較高的電壓，再利用倍壓整流獲得大電壓，倍壓整流配合低匝數變壓器，可以極大程度地降低電路體積和功耗。

2 電路具體設計

本設計基于模擬電子技術的硬件組成框圖（見圖1），它通過電源輸入、振蕩電路、升壓電路、放電系統4個部分，以實現高電壓對空氣中的氧氣進行擊穿放電。各電路模塊的具體設計如下。

2.1 電源電路

220V交流電源電路（見圖2）。

12V直流電源輸入以及工作指示電路（見圖3）。12V電源由接口P2輸出，其中2腳作為地，1腳作為+12V，C1作為儲能或者濾波電容，其作用是濾除電源的高頻噪聲使電源更加穩定。另外，此電容還兼有儲能作用，其值大小依據后級電路的電流要求決定。電阻R1作為分流電阻控制支路電流在0.01A，使指示燈作用的發光二極管D1能夠正常發光。

2.2 振蕩變壓及放電保護電路設計

如圖4所示，C6主要起濾波和儲能作用。PNP晶體管Q2、電容C7、C8的電阻R8以及變壓器T1的初級以及次級構成振蕩電路，同時兼有升壓作用。振蕩的電壓電流在升壓變壓器T1的次級感應出比較高的電壓。升壓倍數為50倍，即將12V的電壓大約升為600V。

從變壓器輸出600V交流電壓，經過D8～D19和C9～C20的12倍電壓整流，產生7200V直流電壓（見圖5）。其機理主要是通過二極管調節，將電容C的儲能在一定時間內同步釋放，以達到高電壓倍壓目的，實現小電流的小功率整流。

倍壓整流輸出的高電壓，經過R9～R12的串聯限流后，輸入放電裝置，放電產生臭氧。該部分電阻起保護作用，倘若放電時人體不小心接觸到放電針，在R9等大電阻的限流作用下，使流過人體的電流基本為零。根據分壓原理，由于人體電阻遠遠小于該部分電阻，所以人體分得的電壓極小，不足以造成損傷。

2.3 總電路設計

整個電路包括電源電路、振蕩及變壓電路、倍壓和穩壓整流電路及放電保護電路，以及定時工作電路，風扇驅動及接口電路，復位開關和電子開關電路等，還有外加放電系統和應用控制模塊（見圖6）。

本設計采用的PCB板面積為6.26cm×4.15cm，其4個角的4個焊盤用于支撐并固定抽氣風扇，放電裝置位于板的正中部，變壓器位于板的右方中部黃色（見圖7）方框內，時間調節滑變位另外，采用尖端放電，將PCB板中間掏空，3根放電極（直徑0.6mm、長7mm的裸銅絲頂部磨尖）焊在連接倍壓輸出2個端口的銅箔條上（間距7mm左右），公共電極為一根直徑1mm左右的裸銅絲，彎成門狀并與橫梁垂直的兩端焊接在下面的銅箔條上。每一個放電電極尖端與公共電極相距2mm。通過這一設計進一步減少裝置體積。

圖8是3代臭氧生成模塊印刷電路板比較圖，自制第3代臭氧生成模塊的印刷電路板（圖中第3行）近似呈正方形，且電路布局非常緊湊，幾乎無閑置空間。放電裝置與風扇配合分裝，使臭氧的產生與主電路模塊分離，操作更便捷。

增加與臭氧氣體、臭氧水、臭氧水霧對應的應用控制模塊，3個模塊可分別獨立使用，進行臭氧氣體消毒，臭氧水消毒和臭氧水霧消毒，也可以同時復合在一個系統中，形成臭氧復合消毒。其中臭氧水消毒模塊主要應用于產生可以用于消毒使用的臭氧水或者可以直接飲用的臭氧水；臭氧水霧消毒模塊主要應用于果蔬農藥殘留消毒。

實現產物多樣化，能夠同時生成臭氧水、臭氧水霧、臭氧氣體，與傳統臭氧生成系統單一的氣體相比，擴展該裝置使用范圍。

3 應用結果測試

3.1 整個系統測試調試

新設計的臭氧生成模塊安裝前待檢測的主要模塊包括電壓輸入、振蕩電路、升壓電路以及放電系統。具體測試內容有硬件功能和放電功能測試。

硬件調試。首先不上電檢查，查看印制線是否有斷線、毛刺；焊盤有否脫落；過孔是否有未金屬化現象等。用萬用表檢查連線或接點通斷情況，電源線與地線是否短路。同時對所用到的元器件型號進行核對。然后上電，確定電路板各個芯片是否正常工作，各點電壓是否符合設計要求。檢查電路中電源端電壓是否符合要求，固定電平的引腳端電平是否正確。在加電過程中還要時刻觀察芯片或器件是否含有過熱、冒煙等異常現象。如有異常應馬上斷電重新進行不上電檢查。

放電功能測試在上述硬件測試完成的基礎上進行。測試時，將檢測器電路板上電源輸入設定為12V。這時可以看到風扇轉動，同時電源指示燈以及風扇指示燈亮。

3.2 臭氧生成濃度測試

對利用本裝置產生的臭氧進行濃度測試，采用碘化鉀滴定法，對臭氧氣體取樣，再將碘化鉀溶液酸化，即用硫代硫酸鈉標準溶液，以淀粉溶液為指示劑對游離碘進行滴定，根據硫代硫酸鈉標準溶液的消耗量計算出臭氧濃度。

具體測量：取定量的20mL碘化鉀溶液，然后用350 mL蒸餾水稀釋。待臭氧生成系統運行穩定后，于氣體出口處取樣，待通入的氣體達到一定量時（本實驗測定選取時間5min，大約通入氣體2000mL）馬上加入硫酸，用硫代硫酸鈉滴定。待生成黃色沉淀物后進行淀粉滴定，直至沉淀消失。采用如下公式計算

臭氧濃度 = 硫代硫酸鈉體積數×硫代硫酸鈉標準溶液濃度×臭氧氣體取樣氣體。

經實測本裝置臭氧濃度達到5.3mg/L，大于3mg/L，符合標準實驗要求。

4 結論

在減小體積、降低能耗后，新設計系統所生成的臭氧濃度符合標準要求，并且具有雙電源供電模式可靈活選擇的優點，實現輸出高電壓、小功耗的效果，PCB板面積為6.26cm×4.15cm，整個體積不大；采用尖端放電，將PCB板中間掏空放置電極，這樣的設計使裝置體積減小。臭氧生成模塊布局緊湊，臭氧的產生與主電路模塊分離，操作更便捷。

參考文獻

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[6] 張建新，杜雙奎，何玉君，等. 無聲放電平板式臭氧發生機殺菌效果研究[J]. 食品科技，2003，（8）：51-54.

篇7

關鍵詞：模擬電子技術；教學改革；創新設計

作者簡介：郭華（1977-），女，山西忻州人，西安交通大學城市學院電氣與信息工程系，講師；申忠如（1946-），男，陜西米脂人，西安交通大學城市學院電氣與信息工程系，教授。（陜西 西安 710018）

基金項目：本文系2011年西安交通大學城市學院第四批教改基金項目（項目編號：110022）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）35-0147-02

模擬電子技術是電子類專業中一門重要的專業基礎課，它課程內容多，理論性和實踐性都較強，學習存在一定難度。這就要求教師在講授知識的過程中結合實踐教學方法，深化理論知識、進行科學訓練、培養學生創新精神和實踐能力。[1-5]

西安交通大學城市學院依據高素質應用型人才的基本培養目標構建了實踐教學體系，針對模擬電子技術課程的實踐教學可分為如下幾個層次：基礎實驗、課程設計、綜合實訓。在這種訓練下，從主動學習、自主測試到自主設計和創新設計逐步激發學生的求知欲望、創新欲望，取得良好的教學效果。

一、突出“應用型”特色是模擬電子技術實踐教學改革的關鍵

根據獨立學院的培養目標和學生的特點，在專業教育上不能過分強調“寬口徑”，否則會造成學生“什么都學過，什么都不懂”；應突出獨立學院“應用型”特色，重點在實踐能力的提高。針對模擬電子技術實踐教學環節，通過基礎實驗、課程設計和綜合實訓三個層次的培養模式，加強對模擬電子技術課程的掌握，使學生具備獲取知識的能力，學習必要的基礎理論知識，能夠解釋現象、分析問題，掌握學習方法，在需要進一步深造時具備再學習的能力；具有較強的實踐動手能力、應用系統設計能力、發現問題和解決問題的能力，從而更好地完成后續課程。[6]

1.基礎實驗：驗證課本知識

基礎實驗包括與課本章節相關的8個驗證性實驗：雙蹤示波器使用、共射極放大電路性能測試等，旨在加強學生對模擬電子技術基本知識的掌握，訓練學生分析、設計與調試電路的基本方法。

教師結束課堂教學之后，根據理論內容給出實驗題目要求，提出預習問題，要求學生通過查閱資料寫出預習報告，熟悉實驗內容；然后按照實驗教材給出基本電路及其工作原理，學生自己搭建電路、測試其性能指標，驗證理論知識的正確性；熟悉儀器設備的使用，學會利用儀器設備發現并找出電路的故障。

2.課程設計：培養動手能力

課程設計是課堂教學和課程實驗結束后的綜合應用實踐環節。本項教學改革將模電課程設計分為兩部分，一是為彌補實驗設備不足而進行的仿真設計。仿真設計包括三個環節，首先進行常用單元模塊電路仿真；然后結合課本知識，給定電路參數和設計要求，進行仿真電路設計；最后拓展內容，對一些實際應用廣泛的應用電路仿真進行學習。三個環節對學生的要求層層遞進，前兩個環節為“必做”，第三個環節為“選做”。

二是從設計、制版、焊接直至調試全過程的綜合設計制作選題。有兩個題目供學生選擇：MAX038函數發生器的設計和音頻功率放大器的設計與調試。題目要求盡可能實用有趣。

3.綜合實訓：提升綜合素質

模擬電子技術實踐教學改革的最后一個環節是綜合實訓。這其中已經不只是模擬電子技術一門課程，它將與數字電子技術、單片機技術應用等課程綜合開發設計題目，訓練學生的系統設計的能力。在訓練方法上通過主動學習、自主設計和創新設計三個步驟激發學生的求知欲望和創新意識。

（1）主動學習：根據實驗系統需要實現的基本功能和達到的指標要求，學生通過查閱文獻，確定自己的設計方案；利用軟件仿真電路，并通過調試確定適合的參數；寫出預習報告。

（2）自主設計：根據軟件仿真電路搭建實際系統的硬件組件；完成系統程序設計；進行軟硬件調試，通過查找錯誤、解決問題，達到鍛煉提高的作用；測試系統的基本參數和功能。

（3）創新設計：完成實驗系統的進階指標：如增加功能或提高指標；對系統進行最終測試，給出誤差分析；寫出實驗報告，提交實驗作品。

綜合實訓使學生較系統地掌握電子系統設計過程的選題、立項、方案論證、電路設計、裝配調試、系統測試、總結報告、文檔整理等全過程，培養學生理論知識的綜合運用能力。

二、進一步完善實踐教學體系

1.嚴格考核制度

要想使模擬電子技術實踐教學順利地進行下去，必須進行嚴格的考核制度，以保證實踐教學的良好效果。

（1）基礎實驗。根據學生每次做實驗前的預習報告和實驗中的操作表現、實驗后的結果分析，給出實驗成績，占模擬電子技術課程總成績的20%。模擬電子技術課程總成績 = 70%的期末考試卷面成績 + 20%的實驗成績 + 10%的平時成績。

（2）課程設計。完成課程設計中常用單元模塊電路仿真，成績為“及格”；完成課程設計中常用單元模塊電路和規定電路的仿真設計，成績為“中等”；完成課程設計中全部軟件仿真設計，成績為“良好”；完成課程設計中全部軟件仿真設計和一個綜合設計制作選題，成績為“優秀”。

2.完善實踐教學體系的配套工作

除上述改革措施外，為進一步完善實踐教學體系，實驗室硬件設備和運行經費的投入是必要條件；編寫相應教材，加強較適合學生之間的交流也十分重要。已經完成或正在進行的工作如下：

（1）吸取經典教材的寶貴經驗和新的教學理念，結合獨立學院的人才培養目標以及本院課程設置和課程大綱的要求，編寫適用于應用型本科的教材——《模擬電子技術基礎》[7]以及配套的實驗及課程設計指導書。

（2）開設電子設計工程師認證考試（EDP），為學生就業增加砝碼；指導優秀學生參加全國大學生電子競賽、全國大學生專業競賽等，促進“因材施教的個性化培養”。

（3）建立了模擬電子技術課程與實驗的網站，實現了指導教師與學生、學生與學生之間的互動，拓寬了主動學習的空間。

三、結論

經過3年的試點，模擬電子技術實踐教學的改革、探索和實施取得良好的效果。課程基礎知識與實踐教學環節進行了有效融合，學生的學習興趣提高了，動手能力增強了；科學的實驗思維、實驗方法、實驗步驟得到了訓練；分析數據、討論誤差、撰寫報告的能力得到提高；符合因材施教培養應用型人才的要求。實踐證明：通過良好的訓練，學生畢業設計及論文寫作的完成質量明顯提高；我院自2009年第一次參加全國大學生電子競賽以來，除2011年獲得1個三等獎外，每年都有1項一等獎。教學改革需要長期、系統地工作，還要繼續努力，培養更加優秀的專業人才。

參考文獻：

[1]何新華，陳志武.面向創新型人才培養的專業實驗教學體系研究與實踐[J].實驗技術與管理，2009，26（10）：24-26.

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[3]劉艷，朱昌平，宋鳳琴，等.模擬電子技術實驗教學中的學生實踐能力培養[J].實驗室技術與管理，2010，27（2）：110-112.

[4]張新安，熊文元，包本剛.電子技術專業實踐教學改革的研究與實踐[J].實驗技術與管理，2011，28（7）：24-27.

[5]晏湧，藍波.“任務驅動”教學法在模擬電子技術實驗中的應用[J].實驗技術與管理，2010，27（11）：253-254.

篇8

關鍵詞：物質導電性；創新設計；應用價值

在中學實驗教學過程中，現有的物質導電性教學實驗裝置，都是從實驗的安全性考慮，采用的是36V以下電壓。由于實驗電壓太低，電流過弱，實驗的效果很不理想。例如，用現有實驗裝置無法檢測天然水的導電性，甚至無法檢測弱電解質溶液的導電性，如二氧化碳水溶液的導電性。由于該實驗裝置在設計上無法彌補的缺陷，使得一些原本導電的弱電解質無法顯示導電能力成為“非電解質”，一些常見的導體(如人體的皮膚，潮濕的木棒)變成了“絕緣體”，給教學留下了不小的遺憾。針對上述試驗裝置存在的電壓低、電流弱的缺陷，我們設計出一種用220V電源電壓供電的導電性實驗裝置。該實驗裝置原理科學，外形美觀，操作簡單，使用方便，可視性強，可用于教師演示實驗和學生分組實驗，教學效果顯著。現將物質導電性創新試驗裝置的電路原理、設計與制作、功能和用途以及使用方法等作一介紹。

一、實驗裝置原理

圖1是我們最初設計的實驗裝置電路實物圖。利用一副電極棒可以進行物質導電性實驗。實驗的原理是：電極插座與電燈串聯，電極插頭插入電極插座孔，當二電極與被測試物質接觸，指示燈亮，則說明電路通路，被測試物質導電；指示燈不亮，則說明電路不通，被測試物質不導電。圖1

二、實驗裝置的設計、制作

1.對試驗過程的思考我們用圖1的實驗電路對天然水、食鹽水、稀硫酸、氫氧化鈉、無水酒精、稀氨水、濃氨水等物質進行導電性實驗。將待測試的物質放在燒杯中逐一進行實驗(如圖2所示)。在實驗的過程中，我們發現存在如下兩方面的問題。(1)由于實驗采用的是220V的電壓，實驗過程不小心觸碰電極或接觸導電的測試液都會發生觸電，故試驗中有觸電的危險。(2)由于實驗燒杯是臨時實驗容器，實驗時電極浸入燒杯的液體中，每一項實驗完成后都要清洗電極和燒杯，操作麻煩、費時。2.問題的解決方案針對問題1(實驗中有觸電的危險)，我們有如下的兩種解決方案。(1)方案一在電路中設置一個漏電斷路器。在零線和火線上設置一個雙擲開關(閘刀開關)如圖3所示，我們在電路的方框1的位置設置漏電斷路器，在方框2的位置設置雙擲開關。這樣可避免在實驗過程中因不小心或操作不當而發生的觸電事故。根據圖3的實物電路，我們設計并制作出如圖4所示的物質導電性實驗裝置A。該裝置A呈長方體(設計長24cm，寬18cm，高9cm)，電路元件布局合理，結構緊湊，裝置外形美觀。(2)方案二另一種防止實驗觸電的方案是在電路中安裝一隔離變壓器。只要將圖4導電性實驗裝置A中安裝的斷路器用隔離變壓器替代即可。這一方案簡單易行，不失為一種好的選擇方案。針對問題2(每一次實驗后都要清洗電極，操作麻煩，費時太多)，我們設計如下的解決方案：一是將電極倒置；二是在盛測試液體的試驗容器底部設置一個排液孔；三是倒置的電極和盛測試液體的實驗容器為兩個部件，兩個部件裝配在一起構成一個整體使用。利用上述方案，我們設計并制作了如圖6所示的液體導電性實驗容器。在做液體導電性實驗時，將電極插頭插入實驗裝置A的電極插座孔中，進行裝置連接。現在我們用創新設計的液體導電性實驗容器測試液體的導電性，再將用該裝置的實驗操作方法與改進前的實驗操作來進行對比分析。改進前(如圖5所示)，在做液體導電性實驗時，燒杯是臨時容器(待測試的液體放在燒杯中)，每做完一個測試都要清洗一次電極和燒杯，操作麻煩，耗時多。改進后的導電性實驗裝置B(如圖6所示)，電極與實驗容器組合在一起，每完成一個實驗，打開排液閥，廢液由試驗容器下端排液孔直接排入廢液缸，電極用純凈水清洗2~3遍，清洗后的液體由排液孔排入廢液缸，接著就可以進行下一項試驗。與原來實驗方法比較，操作非常方便，大大節約了實驗時間。因此，我們對物質導電實驗裝置進行了創新設計后，不僅解決了實驗操作的安全問題，也解決了實驗時清洗電極操作麻煩、費時太多的實際問題，明顯地提高了課堂教學效率。最后，制作一副帶插頭的電極棒，一個固定實驗容器的鐵夾和鐵桿(如圖7、圖8所示)，便于完成整個物質導電性實驗裝置的制作。利用該裝置，可以進行固體物質和液體物質的導電性實驗。

三、實驗裝置的特殊用途：顯示化學反應進程

我們將實驗裝置的實驗容器用做反應容器，當一個特定的化學反應發生時，根據實驗容器內液體的導電性變化，即指示燈的明暗程度變化，可以判斷化學反應的進程。例如，足量二氧化碳與澄清石灰水的反應。如圖9所示，二氧化碳慢慢通入澄清石灰水中，起初發生的反應是：在反應過程中我們觀察到2個現象：一是澄清的石灰水變渾濁，然后渾濁的液體又慢慢變清；二是指示燈由亮變暗直至熄滅，然后又開始慢慢變亮。顯然，從現象一我們無法準確判斷上述第一個反應在什么時刻完成。因為肉眼無法準確判斷什么時候液體的渾濁度最大。而根據現象二可知，燈熄滅的這一瞬間正是第一個反應完成的時刻，也是后一個反應發生的時刻。上述反應過程液體的導電能力與通入二氧化碳量的關系可用圖像直觀表示(如圖10所示)，該圖像曲線底部最低處表示第一個反應的結束，第二個反應的開始；曲線平直部分表示第二個反應結束。圖9圖10因而，利用物質導電性實驗裝置，根據液體的導電能力變化，即指示燈的明暗程度變化，可以顯示化學反應的進程。運用的又一個實例是硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液反應的導電現象(圖像同圖10)。CuSO4+Ba(OH)2=Cu(OH)2+BaSO4指示燈由亮變暗直至熄滅，指示燈熄滅的一瞬間，反應正好結束。

四、實驗裝置在科學探究中的運用

本實驗裝置可用于科學探究，例如：電流對(水生)動植物生長影響探究、魚類抗擊電流能力探究、電流對種子性狀改變探究。實驗時將選擇的實驗材料放入圖11所示實驗容器中進行實驗。圖11在實驗時選擇向水中加入適量的電解質、調整電極間的距離及換用不同功率的燈泡等方法控制電流大小。實驗時我們還可以在電路中串聯一靈敏電流計，用于測量實驗時所控制的電流值，以便定量的分析電流大小對實驗對象的影響。

五、結束語

篇9

電子實習教學的改革措施

目前在電子實習中，陸續采用并運用于實踐教學，獲得良好教學效果的經典教學案例有：可調式串聯型直流穩壓電源的原理、焊接與調試；簡單收音機電路的原理、焊接與調試；自動水龍頭控制電路的原理、焊接與調試；聲光控節電開關電路的原理、焊接與調試；多功能數字液晶顯示萬用表的原理、焊接與調試；基于PT2262和PT2272數字編譯碼芯片的遙控發射接收電路的原理、焊接與調試等。學生“學練試創”，老師引導啟發的教學模式。根據學生綜合能力的培養過程，我們大致將整個實習過程分為學、練、試、創四個不同階段。針對這四個階段的特點，實習教師相應的調整教學重心和方式。學，主要是知識的學習與積累。這個階段教師側重于激發學生的興趣和愛好，增強學生自主學習的能力。練，主要是知識的消化和吸收，培養學生觀察、分析和解決問題的能力。這個階段老師注意重點引導學生掌握電路模塊的調試和故障診斷。試，主要是知識的運用和發現，在這個階段老師要引導學生掌握和理解關鍵電路模塊的基本原理、調試和排除故障。創，是實習的最后一個階段，相比于前三個階段，這個階段對能力培養的要求更高。通過項目設計和團隊協作培養學生的創新設計、交流溝通和團隊協作能力。

這個階段，實習老師注重和強調學生在團隊中的表現，激發學生的創造性和潛能，并通過最后的答辯環節評定和考核項目實施中團隊成員的表現。利用網絡平臺和多媒體技術，改進教學手段和方法。常用電子儀器儀表的使用、電子元器件辨識與檢測等內容主要依靠實習指導教師在實訓室里通過黑板教學講解和實物操作演示，而焊接工具與焊接練習、電子產品的電路原理及焊接調試等實習教學內容則通過面對面、手把手的指導，讓學生進行學習和操作。隨著現代教育技術的發展，借助網絡優勢，在教學改革中，我們制作了實習教學多媒體課件和網絡課程包，努力建設電子實習精品課程，實現教學資料網絡共享，提高學生學習的自主性。運用圖像、文字和視頻相結合的多媒體手段，以豐富生動的教學形式激發學生的興趣；通過網絡資源共享和網上師生互動環節，來幫助學生有效便捷地預習教學內容和獲取教學資源，拓寬教師和學生交流互動的渠道，從而提高教學質量和教學效果。基礎與提高并重，個人與團隊兼顧，綜合考核學生。

為了更好評價學生的綜合能力，需建立較為科學全面的評價標準來對學生電子實習表現進行考核。根據實習內容的教學安排，我們把整個電子實習內容的安排劃分為四部分：基礎、提高、設計和答辯。因此，學生的成績評定也就綜合了這四部分：基礎部分（占30％），主要是培養學生個人的基礎知識學習和基本技能訓練。包括了解和掌握常用元器件的分類、規格、型號、辨識方法及選用原則等；掌握常用電子儀器儀表的工作原理、性能指標和使用方法；構思并在萬用板上焊接一個具有獨特個性的LOGO，作為自己電子作品的標志；直流穩壓電路的焊接、調試及測量等。提高部分（占30％），安排一些較為復雜電路模塊的原理、焊接、調試等作為實習的提高內容，主要培養學生獨立觀察問題、分析問題和解決問題的能力，為后續的設計階段打下基礎，包括雙晶體管振蕩電路、小型繼電器控制電路、遙控發射接收測試電路的焊接與調試等內容。設計部分（占30％），在這個階段，學生4或5人一組，自由組成團隊，自主選擇實習的設計項目，分工協作，共同努力，自主設計，獨立調試，提交作品及設計報告，以團隊的形式完成項目。答辯部分（占10％），最后團隊推選一名成員，進行項目完成情況的陳述答辯。

改革后的教學效果

篇10

關鍵詞城市軌道交通；信號系統；倒切電路；軌旁設備；分時復用

我國各個城市規模不同，導致規劃的城市軌道交通線路長短不一。為減少城市軌道交通建設對市民出行的影響，部分城市針對長線路的處理方法是將一條長線路劃分為若干子線路進行分期開通。一旦線路分期開通，就會面臨先期開通工程和后期開通工程的線路貫通及系統貫通問題。武漢地鐵4號線一期工程自武漢火車站站至武昌火車站站，2013年12月開通運營，共設信號設備集中站6座；二期工程自武昌火車站站至黃金口站，2014年12月開通運營，共設信號設備集中站5座。武昌火車站站為4號線一、二期工程的銜接站。武漢地鐵4號線線路圖如圖1所示。圖1武漢地鐵4號線線路圖在4號線一期線路信號系統中，將武昌火車站站設置為信號聯鎖集中站，其控制區域為武昌火車站站和梅苑小區站；當一、二期線路貫通后，武昌火車站站作為信號設備非集中站，其室內的集中站信號設備被拆除，武昌火車站站和梅苑小區站室外的信號設備由首義路集中站進行控制。在一、二期線路貫通調試期間，調試時段原一期線路武昌火車站站控制區的室外設備如轉轍機、信號機、計軸等由首義路控制區進行控制，而運營時段這些室外設備由武昌火車站集中站進行控制，因此武昌火車站站和梅苑小區站的室外設備面臨不同時段由2個集中站分別進行控制的情況。調試期間室外信號設備在2個不同的集中站之間頻繁倒切，涉及到倒切的快速性及可靠性問題。常見的信號系統倒切方式為：調試前，人工在原有系統分線盤上將室外設備的室外電纜斷開，然后將室外設備的電纜接入新系統的分線盤，實現新系統對室外設備的控制；調試結束后，將室外線纜接回既有分線盤恢復與原系統的連接。該倒切方式存在倒切速度慢、容易出錯、效率低下等缺點。本文介紹一種快速、便捷、準確率較高的倒切方式，其在武漢地鐵4號線一期工程和二期工程的貫通調試中獲得了較好的倒切效果。

1轉極電路及表示電路的設計

雙穩態繼電器具有2個穩定的狀態，切斷繼電器勵磁電路的電源，繼電器接點的狀態不會改變。雙穩態繼電器分為單線圈和雙線圈雙種，本文案例中采用雙線圈雙穩態繼電器。在雙線圈雙穩態繼電器中，當給一個線圈供電時，繼電器處于導通狀態，當給另一個線圈供電時，繼電器返回到斷開狀態。在倒切電路中設計了新、舊信號系統轉換確認開關和轉換開關。轉換確認開關和轉換開關的工作原理圖如圖2所示。其中，轉換確認開關用于確認是否需要轉換，轉換開關用于選擇雙穩態繼電器的供電線圈。當設備需要轉換時，轉換確認開關擰至確認位置，轉換開關擰至相應的位置選擇雙穩態繼電器線圈，電路導通給雙穩態繼電器的線圈供電；當轉換過程結束，斷開轉換確認開關（轉換開關保持不變），切斷雙穩態繼電器線圈的電源。雙穩態繼電器轉極需要改變供電的勵磁線圈，因此設置新、舊系統轉換開關來改變雙穩態繼電器的線圈供電，從而改變雙穩態繼電器動作接點的極性。將雙穩態繼電器的前后接點分別與新、舊信號系統指示燈進行連接，可以清晰地顯示目前是哪個信號系統處于工作狀態。

2倒切電路的設計

設計倒切電路的目的，是為了2個集中站的信號系統分時復用室外信號設備，保證任何時刻只有1套室內信號系統控制室外設備，不會出現2套信號系統同時控制室外設備的情況。倒切開關繼電器的接點與組合柜及分線柜的連接如圖3所示，雙穩態繼電器的上接點、下接點分別與室內新、舊系統組合柜上相應設備連接線連接，中接點連接到分線柜上，從而與室外的計軸、轉轍機、信號機等信號設備電纜相連接。當雙穩態繼電器的線圈1和線圈2分別勵磁，繼電器的中接點和前接點、后接點分別導通，共用室外設備的室外電纜分別連接至既有信號系統、新設信號系統。該倒切電路操作簡單，能簡潔有效地將一期信號系統和二期信號系統對室外公用信號設備的控制權進行快速倒切。為確保信號系統倒切安全，采用雙穩態繼電器N.S1-B-24-4.16.4。該繼電器在低要求模式下的平均失效概率大于10-5且小于10-4，在高要求或連續操作模式下每小時危險失效概率大于10-9且小于10-8，因而達到SIL4安全等級要求。同時，轉換確認開關和轉換開關鑰匙分別由具有不同操作權限的人員管理，只有當不同操作權限的人員均在場的情況下，才能實施新舊信號系統的倒切。

3結語

采用滿足SIL4安全級別的雙穩態繼電器所設計的倒切電路已成功應用于武漢地鐵4號線一、二期信號系統的貫通調試，并在調試過程中表現出安全性高、操作簡潔的特點。該倒切電路提高了新、舊系統的倒切效率，有效降低了倒切錯誤率。

參考文獻

［1］梁玉成.計算機聯鎖改造過渡工程施工技術［J］.鐵路通信信號工程技術，2008（3）：58-60．

［2］文仁廣.北京地鐵8號線信號系統不停運切換設計［J］.鐵路技術創新，2012（6）：14－16．

［3］楊安玉.城市軌道交通信號系統倒切電路設計［J］.鐵道標準設計，2014（2）：98-100.