电路设计的基本方法范文

导语：如何才能写好一篇电路设计的基本方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：全寿命成本；输电线路设计；设计方法

中图分类号：TM621.5文献标识码：A

一，输电线路全寿命成本的预测模型

1，预测模型研究流程

对输电线路全寿命周期成本分析研究的本质是:在输电线路的设计阶段,在系统规划给定的决策信息条件下,基于输电线路的一般设计,对输电线路全寿命周期内的所有成本进行有效地预测,以根据全寿命成本的比较对输电线路的原有设计进行必要的反馈以改善其设计,使之符合输电线路建设的全寿命理念要求。

既然本项目是对输电线路全寿命成本进行先期的预测性研究,因此,应界定输电线路全寿命成本预测分析基本的前提假设条件,即在设计阶段,输电线路的全寿命成本预测是在输电线路的正常设计、正常施工及正常运营的情况下进行的,不考虑输电线路全寿命周期中的不可预测的偶然事件影响。

本文推荐的全寿命成本预测模型研究流程是:在输电线路部分确定性己知条件下,由常规性设计的经验,进行输电线路后续本体的设计假定,从而确定模糊的假设条件,如后续设计部件大约的型号、数量等参数,以此进行输电线路各个设计过程的全寿命成本计算。

依据输电线路设计过程进行的输电线路全寿命成本计算思路，在实质上,无论是在输电线路哪个设计过程及设计层次,通过已知的确定设计条件及根据设计经验确定的后续其它部件设计的模糊条件,构成输电线路一般设计的所有条件,由此,在足够的设计信息下根据同一分析方法进行同样的输电线路全寿命成本计算。

2，全寿命成本表示方法

依据输电线路的设计过程,在各类确定的及模糊的部件设计条件及设计参数下,其全寿命成本的的现值是与路径相关的成本现值、导地线的全寿命成本现值、杆塔的全寿命成本现值、基础的全寿命成本现值、绝缘子的全寿命成本现值、金具的全寿命成本现值、防雷及接地的全寿命成本现值、其它成本的全寿命成本现值等之和。

二，基于全寿命成本的输电线路设计方法

设计作为输电线路项目全寿命周期管理的龙头环节,全寿命周期设计意味着,在设计阶段就要考虑到产品寿命历程的所有环节,以求产品全寿命周期所有相关因素在产品设计阶段就能得到综合规划和优化。输电线路设计不仅是设计功能和结构,而且要考虑到电网的规划、线路本体的设计、线路的施工安装、线路的运行、维修保养、直到回收处置的全寿命周期过程。

根据全寿命成本的预测分析及输电线路的分层次设计方法,可建立基于全寿命成本的输电线路设计方法,其本质是:在系统规划给定的决策信息条件下,在满足输电线路各部件及整体技术性要求的基础上,通过一般性的设计,对输电线路全寿命周期内的所有成本进行有效地预测,从而可根据全寿命成本的比较对输电线路的原有设计进行必要的反馈以改善其设计,使之符合输电线路建设的全寿命理念要求。该方法的设计流程可见下图基于全寿命成本的输电线路“分层循环反馈”设计流程：

由上图可知,输电线路的设计是基于全寿命成本的分层次设计,即各个层次的设计均需全寿命成本的循环比较来进行具体设计的选择,可称为“分层循环反馈”设计方法。应用本设计方法,输电线路的设计和全寿命成本的预测是共同进行的,即各个层次的输电线路设计及全寿命成本预测均是在部分确定的己知条件下,由常规性设计的经验,进行输电线路后续本体的设计假定,从而确定模糊的假设条件,如后续设计部件大约的型号、数量等参数,以此进行输电线路各个设计过程的全寿命成本预测,从而对设计方案的选择提供全局性的经济指标。

三，实例分析

本节以导线方案优选举例说明基于全寿命成本的输电线路设计方法。

1，前提条件的确定

经过预测模型研究流程分析,架空导地线路全寿命成本的具体分析是在输电线路路径已选择完成的情况下,经过导地线的具体设计已掌握了部分必要的已知条件,它们包括了:输电线路设计的具体长度；输电线路路径的不同地形比例及气象信息分区；输电线路经过地区的各类状况；输电线路导地线的型号及相应长度；输电线路导地线的预期设计使用寿命；输电线路导地线的失效模式及相应的失效概率。

2，成本模型的建立

导地线包括了导线与地线,由于两者的使用寿命不一致,因而需分别进行建模。导地线成本主要包括了建设成本(即初始材料成本及初始建造成本)、检测维护成本、维修更换成本、失效成本、线路能耗成本及残值等。

以某5O0kV输电线路工程导线方案比选为例,已知该项目的路径长度为119km,采用双回路,主要气象条件为最大风速32m/S,覆冰厚度10mm;系统输送功率额定为1200MW.通过计算比较发现：是依据本文推荐的“分层循环反馈”设计流程,完全可以精确预测整个项目方案的全寿命成本。

本文推荐的全寿命成本预测模型研究流程是:在输电线路部分确定性已知条件下,由常规性设计的经验,进行输电线路后续本体的设计假定,从而确定模糊的假设条件,如后续设计部件大约的型号、数量等参数,以此进行输电线路各个设计过程的全寿命成本计算。根据全寿命成本的预测分析及输电线路的分层次设计方法,可建立基于全寿命成本的输电线路设计方法一“分层循环反馈”,其本质是:在系统规划给定的决策信息条件下,在满足输电线路各部件及整体技术性要求的基础上,通过一般性的设计,对输电线路全寿命周期内的所有成本进行有效地预测,从而可根据全寿命成本的比较对输电线路的原有设计进行必要的反馈以改善其设计,使之符合输电线路建设的全寿命理念要求。最终本文以导线方案优选举例说明基于全寿命成本的输电线路设计方法。

结语

在输电线路设计中提出了基于全寿命成本的输电线路设计方法一分层循环反馈方法。根据输电线路的确定性已知条件和模糊性假定条件,建立了输电线路主要部件全寿命成本的分层循环反馈预测模型。该模型通过仿真计算输电线路全寿命周期内的所有成本,并对输电线路的设计流程加入反馈功能实现对设计方案的改进,使之符合输电线路建设的全寿命理念。通过案例分析,证明了基于全寿命成本的分层循环反馈方法切实可行。

参考文献

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【关键词】数字电路;VHDL;教学改革;设计方法

1.引言

数字电路是理工科中的电类专业和计算机专业必修的专业基础课程，也是信息类各专业的平台课程。该课程在介绍有关数字系统基本知识、基本理论、基本电路的基础上，重点讨论数字系统中各种逻辑电路分析与设计的基本方法，以及该领域的发展现状及最新的技术。设置该课程的主要目的是为了让学生了解各种基本逻辑电路，能熟练地运用有关知识和理论对各类逻辑电路进行分析设计。目前， 大多数高等院校仍是采用传统的数字电路教学模式， 以教材为中心，过于强调基本原理、公式的推导以及波形的分析，往往让学生觉得抽象，不能够很好地理解电路、集成芯片的功能及应用。而实验环节主要在实验箱上完成，开设的是一些验证性的实验，对各实验项目的电路设计以手工为主，一般遵循自底向上的设计方法，从电路的功能分析，真值表、表达式、逻辑电路图到器件的选择、连线、测试等，学生的认识仅仅停留在局部小部件上，复杂的系统设计思想受到限制。在数字电子技术飞速发展的今天，大规模以及超大规模集成电路的广泛应用，这种缺乏实用性和创新性的传统教学模式，已不再适应现代应用型人才的培养。因此，教学需要融入新技术 、突破传统教学模式，引入VHDL语言的数字电路教学改革就成为一个重要的研究课题。

2.VHDL语言及其特点

超高速集成电路硬件描述语言（VHDL） 是一种用于数字电路设计的高级语言，是被IEEE和美国国防部确认为标准的硬件描述语言，其主要用于描述数字电路的结构，行为，功能和接口。基于这种描述结合相关的软件工具，可以得到所期望的实际数字电路。利用VHDL语言进行电路设计具有以下几个特点：

（1）VHDL可用于设计复杂的、多层次的设计，并且支持设计库和设计的重复使用;

（2）与其他的硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力;

（3）VHDL有丰富的仿真语句和库函数，使其在设计的早期就能查验设计系统的功能可行性，借助于相关仿真器随时可对设计进行仿真模拟;

（4）对于VHDL完成的一个确定的设计，一般可进行逻辑综合和优化，并能自动的把VHDL描述设计转变成门级网表;

（5）VHDL语言支持电路描述由高层向低层的综合变换，便于文档管理，易于理解和设计的再利用;

（6）VHDL对于设计的描述具有相对独立性，设计者可以不懂硬件的结构，最终实现的目标器件设计。

3.VHDL语言较传统设计方法的优点

通过上述特点，我们了解到VHDL语言功能强大、设计灵活、容易掌握。将VHDL语言引入数字电路教学中，有利于增强学生对电路设计的认识，掌握更多的设计方法，提高分析设计能力。本文针对六进制约翰逊计数器的设计，分别采用了传统设计方法和VHDL方法进行设计，通过对比可得出，VHDL可以显著提升数字电路的教学效果。

3.1 传统设计方法

传统电路设计采用自底向上的设计方法如图1所示。本文选用JK、D触发器及门电路来实现，采用3个触发器连接产生8个状态，六进制约翰逊计数器只有6个状态，将其中的010，011两个状态禁止掉，具体状态转换表如表1所示。

图1 自底向上设计方法

表1 状态转换表

CLK Q2n'Q1n'Q0n Q2n+1'Q1n+1'Q0n+1

1 0..0..0 0...0...1

2 0..0..1 0...1...1

3 0..1..1 1...1...1

4 1..1..1 1...1...0

5 1..1..0 1...0...0

6 1..0..0 0...0...0

由状态转换表得出状态方程：

，，

将Q2，Q1选用D触发器，Q0选用JK触发器，得出驱动方程：

，，，

根据驱动方程最终画出逻辑原理图如图2所示。

图2 逻辑原理图

在得到逻辑原路图后，还需要进行逻辑验证，验证无误后再对逻辑原理图进行逻辑验证无误后，在PCB版上完成布线、装配、焊接及调试，如有问题，再进行局部修改，直至整个电路调试完毕为止。

图3 自顶向下设计方法

3.2 VHDL设计方法

VHDL设计采用自顶向下的设计方法如图3所示。首先根据设计要求对电路功能进行行为级描述和仿真，然后再进行RTL级描述和仿真，达到预期结果后再进行逻辑综合、布局布线，最终完成电路设计。

（1）行为描述，也就是对计数器数学模型的描述，通过代码描述出输入、输出引脚和计数过程中状态变化时序及关系，具体程序如下：

LIBRARY ieee;

USE ieee.std_logic_1164.all;

entity counter6 is

port（clk，reset：in std_logic;

count_out：out std_logic_vector（2 downto 0））;

end counter6;

architecture rtl Of counter6 is

signal next_count：std_logic_vector（2 downto 0）;

begin count_proc：process（clk，reset）

begin if reset='0' then

next_count<="000";

elsif clk'event and clk='1' then

case next_count is

when "000"=>next_count<="001";

when "001"=>next_count<="011";

when "011"=>next_count<="111";

when "111"=>next_count<="110";

when "110"=>next_count<="100";

when "100"=>next_count<="000";

when others=>next_count<="000";

end case;

end if;

count_out<=next_count;

end process;

end rtl;

利用Max+plusⅡ软件对上述程序进行编译、仿真，仿真结果如图4所示，结果表明，该方案符合设计要求。

图4 仿真结果

（2）RTL描述，即用具体门电路、运算器等来描述行为部分。行为描述程序抽象程度较高，故需转化为RTL方式描述的VDHL程序，以便于映射到具体的逻辑元件，得到硬件的具体实现。对于改写后的RTL程序同样需要进行仿真，检查正确性。

（3）逻辑综合，利用MAX+PLUS II Advanced Synthsis ALtera将其转换为门级网络表，输出逻辑原理图并进行仿真、检查定时关系。最后根据需要利用门级网表做出ASIC芯片或生成FPGA码点，完成电路设计。

3.3 VHDL与传统设计方法比较

相较于传统设计方法，VHDL采用自顶向下的设计方法，可进行结构化、模块化设计，更利于分工合作，再加上各层次的仿真检查，便于早期发现错误并改正，提高了设计效率;同时设计描述的相对独立性，使得学生设计时不必写表达式、真值表，不必考虑所用器件，降低了设计难度;另外VHDL语言简单易学，MAX+PLUS II界面友好，通过仿真波形分析，学生能更形象、更深刻的理解所学内容。

4.结束语

数字电路作为专业基础课程，其教学效果的好坏，将直接影响后续相关专业课程的学习。在数字电路教学中引入VHDL描述语言，利用MAX+PLUS II进行编译、仿真、演示，不但丰富了教学内容，改进了教学手段，提高学习兴趣，还有助于学生消除“抽象感”;另外VHDL能将传统教学中较难实现的电路设计转换为软件设计，不仅简化了设计工作，还有利于增强学生对集成芯片的认识，提高分析设计能力，掌握更多的设计方法，以适应现代应用型人才培养要求。

参考文献

[1]张天瑜.基于VHDL的数字电路课程改革研究[J].湖北广播电视大学学报：2010（02）：25-26.

[2]黄红霞.基于VHDL提升数字电路教学效果的研究[J].黄石理工学院学报，2010（03）：66-70.

[3]谭勇，朱斌.基于EDA技术的数字电路实验教学改革[J].中国现代教育装备，2012（17）：43-44.

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【关键词】计算机 电路设计 辅助 方法

之前在进行电路设计的时候，主要就是靠人工将一些电子元件通过导线然后连接起来，对于一些比较简单的电路，这样的方法还是可行的，但是现在的电路设计越来越复杂，在进行人工连接电路的时候就显得无从下手。所以人们才开始采用印制电路板的方式来进行电路的连接，传统的手工方式制作的话，工作量是比较的大，而且制作的周期也比较的长，往往很小的电路板也需要很长的时间才能够经过很多人制作出来，而且在后期如果要进行修改的话也比较的麻烦。随着计算机技术的应用，就能够很好的去解决这些问题。在通过计算机进行辅助电路设计的时候，往往之前需要很多人才能完成的工作，现在也只需要一个人就可以完成，而且在进行电路设计的时候，时间的周期也缩短了很多。

一、计算机辅助电路设计的一些优点

在采用计算机辅助电路设计的时候，主要就是利用了计算机模拟代替了之前的通过搭接来对电路进行试验的方法，这样的话在电路的设计阶段，就可以减少很多去验证电路的工作量，使得在进行电路设计的过程当中，进程会比之间快了很多。现在很多的专业软件上面都有很多的参数数据库和图形数据库，在设计当中需要用到的电子元件基本上这些数据库当中都能够提供，如果有些电子元件在数据库当中没有的话，那么也可以在设计之间先设计好这样一个电子元件的模型放入到相应的数据库当中，在设计当中如果需要的话那么也就可以很方便的直接拿出来用。同时在进行印刷电路板设计的时候，也可以采用相应的印刷电路板设计的专业软件，而这些专业的软件是可以进行自动布线布局以及后期处理的作用。而在进行图纸的绘制时，也可以采用相应的软件来进行制版。这样的话对于电路设计的周期就可以缩短很多，而且成本的费用也可以节约不少。

二、计算机辅助电路设计的具体方法

（一）设计电路图。在设计一个电路，要想使得它能够去完成一定的作用和功能，就应该先要设计好一个比较完整是电路原理图。在使用计算机复制电路设计的时候，采用计算机技术来设计电路的原理图是非常方便的，而且在设计的过程当中对于一些不合理需要修改的地方进行修改的时候也非常的方便，同时在设计好了电路的原理图之后，在通过相关的专业软件进行自动的布线布局，对于最后制作成线路板的版图也非常的方便。首先就是要在计算机当中打开进行原理图设计的专业软件，在打开了专业的设计软件之后就应该要新建一个文件，然后还要加载一些原理图设计的数据库。如果在这些电子元件库当中没有设计所需要的电子元件，那么就需要使用电子元件的生产软件，制作出相应的电子元件，然后就可以按照之前的电路设计的构思，调用数据库当中的电子元件来进行电路原理图的设计。在设计的当中，对于那些有电气性能连接的电子元件，就应该要用线把这些电子元件的管脚连上，而对于设计当中的总线电路，则可以才有一个总线来进行连接，这样的话就减少在设计当中连接的线条比较多的麻烦。但是如果需要在总线的两端分出很多的线条，那么就需要对这些线条进行相应的标注。而有些的线路上如果是有节点的话，那么就必须要把这些节点连接起来，不然的话计算机系统就会认为这些线路是没有连接在一起的。

在原理图的设计完成了之后，就应该要建立相应的网络表。在原理图和印制线路版图的之间，是需要靠网络表来进行连接的，要想将原理图最终变成相应的线路板版图就需要通过网络表来完成。首先要打开印制线路版图的相关软件，然后加载成功相应的数据库。在禁止布线层当中画好相应的印制线路版图的基本外形，然后就对自动布线的设置进行相应的调整，使得印制线路版图能够很好的达到设计的相关要求。在通过相应的网络表，通过自动布局的命令来摆好那些相应的组件，还应该要通过自动布线的命令来进行布线，这个过程是需要一定的时间才能够完成的。在完成了上述过程之后，在通过人工来对电路图当中一些不合理的地方进行调整，是电路图的设计能够合理。在全部完成电路设计之后，就可以生产电路板。

（二）设计电路板的版图。现在很多电路板厂在生产电路板的时候，基本上都是根据用户自己设计的印制线路版图来进行生产的。如果是那些已经成型了的电路板，还想要多生产一块或者是很多块的话，就可以直接利用计算机来进行辅助的设计，在生成了印制线路版图之后在进行电路板的生产。针对一些线路比较简单的电路，可以采用刻度尺度量的方法来将印制线路版图输入到计算机当中，首先要在线路当中的某一角设置一个原点，然后其他的点则是可以用这点来进行参照，然后来用刻度尺进行度量。针对一些线路比较复杂，电子元件比较多的电路，如果还是采用刻度尺来进行度量输入的话，那么就需要很多的时间，而且精确度也不是很高。这种情况下，就可以采用扫描仪将印制线路版图输入到计算机当中。通过这种方法，就可以省去很多的麻烦，而且还可以减少一些差错，所以采用扫描仪将印制线路版图输入到计算机当中，在提高电路质量的同时还可以提高工作的效率。

三、结束语

在社会的科学技术不断发展的时候，计算机辅助电路设计的方法也在不断的发展和更新，所以电路的设计者也应该要不断的学习新的技术和知识，使自己可以得到相应的提高，才能够更好的满足科学技术的发展需要。

参考文献：

[1]叶勇盛.计算机辅助电路设计教学方法研究与实践[J].职业教育研究，2010，03：90-91.

[2]侯云涛.APFC电路的计算辅助设计与仿真研究[D].西北大学，2003.

[3]张尚韬.计算机辅助电路分析程序设计（CAA）[J].福建信息技术教育，2008，01：25-28.

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建设集成电路设计相关课程的视频教学资源，包括集成电路设计基础理论课程讲授视频、典型案例设计讲解视频、集成电路制造工艺视频等；构建集教师、博士研究生、硕士研究生和本科生于一体的设计数据共享平台。集成电路设计是一项知识密集的复杂工作，随着该行业技术的不断进步，传统教学模式在内容上没法完全展示集成电路的设计过程和设计方法，尤其不能展示基于EDA软件进行的设计仿真分析，这势必会严重影响教学效果。另外，由于课时量有限，学生在课堂上只能形成对集成电路的初步了解，若在其业余时间能够通过视频教程系统地学习集成电路设计的相关知识，在进行设计时能够借鉴共享平台中的相关方案，将能很好地激发学生学习的积极性，显著提高教学效果。

二、优化课程教学方式方法

以多媒体教学为主，辅以必要的板书，力求给学生创造生动的课堂氛围；以充分调动学生学习积极性和提升学生设计能力的目标为导向[3]，重点探索启发式、探究式、讨论式、参与式、翻转课堂等教学模式，激励学生自主学习；在教学讲义的各章节中添加最新知识，期末开展前沿专题讨论，帮助学生掌握学科前沿动态。传统教学模式以板书为主，不能满足集成电路设计课程信息量大的需求，借助多媒体手段可将大量前沿资讯和设计实例等信息展现给学生。由于集成电路设计理论基础课程较为枯燥乏味，传统的“老师讲、学生听”的教学模式容易激起学生的厌学情绪，课堂教学中应注意结合生产和生活实际进行讲解，多列举一些生动的实例，充分调动学生的积极性。另外，关于集成电路设计的书籍虽然很多，但是在深度和广度方面都较适合作为本科生教材的却很少，即便有也是出版时间较为久远，跟不上集成电路行业的快速发展节奏，选择一些较新的设计作为案例讲解、鼓励学生浏览一些行业资讯网站和论坛、开展前沿专题讲座等可弥补教材和行业情况的脱节。

三、改革课程考核方式

改革课程考核、评价模式，一方面通过习题考核学生对基础知识和基本理论的掌握情况；另一方面，通过项目实践考核学生的基本技能，加大对学生的学习过程考核，突出对学生分析问题和解决问题能力、动手能力的考察；再者，在项目实践中鼓励学生勇于打破常规，充分发挥自己的主观能动性，培养学生的创新意识。传统“一张试卷”的考核方式太过死板、内容局限，不能充分体现学生的学习水平。集成电路设计牵涉到物理、数学、计算机、工程技术等多个学科的知识，要求学生既要有扎实的基础知识和理论基础，又要有很好的灵活性。因此，集成电路设计课程的考核应该是理论考试和项目实践考核相结合，另外，考核是评价学生学习情况的一种手段，也应该是帮助学生总结和完善课程学习内容的一个途径，课程考核不仅要看学生的学习成果，也要看学生应用所学知识的发散思维和创新能力。

四、加强实践教学

在理论课程讲解到集成电路的最小单元电路时就要求学生首先进行模拟仿真实验，然后随着课程的推进进行设计性实验，倡导自选性、协作性实验。理论课程讲授完后，在暑期学期集中进行综合性、更深层次的设计性实验。集成电路设计是一门实践性很强的课程，必须通过大量的项目实践夯实学生的基础知识水平、锻炼学生分析和解决问题的能力。另外，“设计”要求具备自主创新意识和团队协作能力，应在实践教学中鼓励学生打破常规、灵活运用基础知识、充分发挥自身特点并和团队成员形成优势互补，锻炼和提升创新能力和团队协作能力。

五、总结

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因此，首先需要得到晶体管的输入输出曲线。在ADS中，输入输出关系是通过对晶体管做直流扫描得到的。实验步骤是先建立一个新的工程项目（Project）和一个新的设计（Design），然后选择晶体管直流工作点扫描模板（ADS中常用的功能都做成了模板，可以直接调用），并在其提供的元器件库中选择合适的元件，加入到模板中，如图1所示。其次，需要设定晶体管的工作范围，就是IBB和VCE的范围，可以通过扫描参数设置得到，如图2所示。

本例中，IBB的扫描范围是从20uA到100uA，扫描步长为10uA。VCE的扫描范围从0V到5V，扫描步长为0.1V。当扫描参数确定后，点击仿真按钮，就会产生图3的输入输出曲线。图3所示的输入输出关系曲线与课本上的曲线几乎是一致的，它表明在不同的基极电流IBB作用下，集电极电流IC与集射电压VCE的关系。通过输入输出曲线，可以选择合适的静态工作点，以实现电路的功能。在本例中，为与教材保持一致，将静态工作点选择在输出曲线的中点，大致对应于图3中光标m1的位置，软件会自动显示出此处的参数，即IBB=60uA，VCE＝3V，IC=6mA。当静态工作点确定后，可以据此设计直流偏置电路。由于本例是设计共射极基本放大电路，因此需要计算基极和集电极电阻的大小。根据共射极放大电路的基本计算结果，可以设计出图6所示电路。验证该电路的方法是对其做直流仿真，并将仿真计算的结果直接显示在电路图中对应的元件和支路上。

从图中可以看出，基极的电位为809mV，电流为69.9uA，而集电极电位VCE=2.74V，Ic=6.64mA。对比前面得到的静态工作点参数（IBB=60uA，VCE＝3V，IC=6mA），可以发现它们之间存在一个小的偏差，这是因为在电路设计中，无论是在静态工作点还是元件参数的选择上，都存在近似的过程，因此，任何电路的设计，都是一个近似的设计，由此得到的实际电路都需要经过调试合格后才能够实际使用。以上的例子为学生展示了一个电路设计的基本过程以及设计方法。当课程进一步深入后，可以对本例进行扩展，例如在分析放大电路动态特性时，可以加入不同幅度的输入信号，观察在不同静态工作点，放大电路的输入输出波形和非线性失真，有助于学生理解设计静态工作点的意义。

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【关键词】EDA技术 模拟电路 Multisim 10.0

EDA技术即为通过计算机来设计电子电路和系统的计算机软件。将其应用在电路设计中能够显著提高电路设计的工作效率，减少误差，增强可靠性。

1 EDA技术概述

1.1 EDA技术特点

EDA技术就是以计算机为基本工作平台，结合了多种现代计算机技术而形成的开展电子产品设计技术。典型的EDA工具都包括综合器与适配器，通过EDA技术能够在设计电子系统时减少大量的工作量而交由计算机完成。并且通过EDA技术能够将电子产品从电路设计直至设计版图的整个流程都在计算机上实现自动智能化处理。当前EDA技术的应用范围十分宽广，例如机械、航空、生物、军事、教学等各个领域都已经广泛开展使用EDA技术。

1.2 EDA技术类别

EDA软件大致能够分为芯片设计辅助软件、可编程芯片辅助设计软件以及系统设计辅助软件三大主要类别。通过EDA软件的功能和应用领域可以将其分为电路设计、仿真工具、IC设计软件与其他EDA软件等。常用的模拟电子电路包括晶体管放大电路、集成运算放大器以及电源电路等。

2 Multisim 10.0软件的应用

2.1 Multisim 10.0特点

2.1.1 元件库丰富

Multisim 10.0配备了海量的元件模型数据库，其中有数以千计的电路元件，其中包括基本元件、基础电路、继电器等元器件。同时，用户还能够根据自己需求来新建元器件库，给客户提供了极大的便捷。该软件中各元器件的参数可以根据需求调节。

2.1.2 强大的虚拟仪表与分析功能

Multisim 10.0中配备了双踪示波器，逻辑分析仪、频谱分析仪等十余种虚拟仪器仪表，并且操作界面十分友好，不论是专业人士还是学生都能够快捷方便的进行操作。

2.1.3 仿真范围大

Multisim 10.0不仅可以对数字或模拟电路实现仿真，还能够仿真射频电路。

2.1.4 兼容性良好

Multisim 10.0网络表文件可以与Spice网络表文件进行相互转换，并且形成电路原理图。Multisim 10.0中电路原理图还能够与PCB软件进行传输，进行印刷电路板设计。可以看出，Multisim 10.0能够全程完成电路设计与印刷电路板所有设计工作，电子产品开发速度得到了提升。

2.2 Multisim 10.0应用实例

2.2.1 差动放大电路与差模信号

差动放大电路在电子技术与IC制造业中应用十分普及，其能够放大差模信号，对共模信号起到抑制作用，因此可以有效的避免零点漂移，妥善解决了直流放大电路中增益与零点漂移的问题。图1为恒流源的差动放大电路图。如不加输入信号时，首先调节R2，输出电压接近0.图2为输入差模信号电路图，输入端加上50mV，1KHz的差模信号，对节点8与节点3进行瞬态分析，获得两个大小相同，方向相反的差模输出信号。

用后处理器获得双端输出电压波形曲线图。最大输出电压为Vod=4.1034V。

2.2.2共模信号

使用相同的方法对节点8与节点3进行分析，可以得到两个大小相同，方向也相同的共模输出信号。单端输出最大电压值为38.04Pv.从该数据可以得知，共模信号单端输出的抑制程度也较高。

2.2.3 结论

Multisim 10.0是一个系统的，功能齐全的电路仿真软件，其强大的元件数据库与大量的虚拟仪表具有多种分析方式。Multisim 10.0软件存在以下几大优势：

（1）进行模拟电路能够调整电路参数，观察不同参数与电路性能之间的关系，同时可以重复多次的选择最合适的元件参数来设计方案。

（2）Multisim 10.0能够在电路测试中分析数据、曲线图形都集中在单一的设计窗口中，使用人员可以直观形象的观察到数据和图形的改编。其所显示的曲线图也较为平滑，这是其他硬件测试中无法比拟的优势。

（3）Multisim 10.0的虚拟仪器仪表调试十分便捷，信号干扰因素小，双踪显示时不会出现断断续续和闪烁的现象。相对于传统的模拟电路方式来说，其十分容易受到外界电源信号的影响，并且实验设备不先进，十分容易导致测量结果精确度欠佳。然而该测量结果将通过数字表现，其精确度较高。

3 结束语

随着自动化水平的提高和电子领域的迅猛发展，EDA技术在电路设计中的作用越来越明显。利用EDA技术电路设计师能够高效、准确的设计电路。Multisim 10.0能够提供强大的元件数据库与虚拟仪表，分析方法十分多元，是电路设计教学、电路设计模拟中不可或缺的软件。EDA正在面临发展的关键时刻，EDA技术将电子设计技术推向了新的阶段，未来EDA技术将会向新器件、新工具软件等趋势发展。

作者简介

高昀（1984-）女，四川省遂宁人。大学本科学历。现供职于四川职业技术学院。主要研究方向为Eda技术。

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【关键词】电工技术教学 EDA技术 电路

一、EDA技术在模拟电路教学中的应用举例

模拟电路通常是电工技术教学中的难点，一是电路结构复杂，学生难以理解；其次，学生不了解该部分内容在实际工作中的应用，导致学习兴趣不高。为此，可以适当将EDA技术穿插在这部分的教学中，从实际电路设计的过程中引出与课程关键知识点相关的内容，以达到提高学生学习兴趣的目的。

以下用一个实际的例子来表明如何将EDA设计过程与电工课程中相关知识点进行结合。例：使用ADS（Advanced design system）软件实现共射极放大电路的静态分析与直流偏置设计。共射极基本放大电路是电工技术中模拟电路部分接触的第一个重要的知识点，课程要求学生熟练使用计算法与图解法来确定放大电路的静态工作点。学生对这一部分的掌握情况直接影响到其对后续知识点的掌握，因此，本例从电路设计的实际过程出发，引出相应的知识点。

在讲解例子之前，需要给学生明确的是在实际的有源电路设计中，通常情况下，晶体管静态工作点的选择与设计是第一步，也是至关重要的一步。实现不同功能的电路，可能在电路图上区别不大，重要的是其静态工作点的选择。例如，低噪声功率放大器需要无失真地放大微弱信号，因此它的静态工作点需要选择在输出曲线的中点，而高功率放大电路为了尽可能提高输出效率，通常静态工作点选择到靠近截止区，而混频器、倍频器等电路，主要为了使用其非线性性能，因此，它们的静态工作点通常要靠近饱和区。其次，需要强调的是电路设计是电路分析的逆过程，遵循的步骤是根据输入输出关系，确定静态工作点，再得到直流偏置电路，与课程中计算直流工作点的顺序正好相反，但是，它们所反映出的基本原理都是相同的。

确定静态工作点，就是根据电路所要实现的功能，确定基极电流IBB和集电极电流IC，集射电压UCE。因此，首先需要得到晶体管的输入输出曲线。在ADS中，输入输出关系是通过对晶体管做直流扫描得到的。实验步骤是先建立一个新的工程项目和一个新的设计，然后选择晶体管直流工作点扫描模板，并在其提供的元器件库中选择合适的元件，加入到模板中。

其次，需要设定晶体管的工作范围，就是IBB和VCE的范围，可以通过扫描参数设置得到。

图1所示的输入输出关系曲线与课本上的曲线几乎是一致的，它表明在不同的基极电流IBB作用下，集电极电流IC与集射电压VCE的关系。通过输入输出曲线，可以选择合适的静态工作点，以实现电路的功能。在本例中，为与教材保持一致，将静态工作点选择在输出曲线的中点，大致对应于图3中光标m1的位置，软件会自动显示出此处的参数，即IBB=60uA，VCE=3V，IC=6mA。当静态工作点确定后，可以据此设计直流偏置电路。由于本例是设计共射极基本放大电路，因此需要计算基极和集电极电阻的大小。在ADS中，偏置电阻的大小可以自动计算，但是需要手动输入相关的公式。

图1晶体管输入输出关系

EqnRb=（5-VBE）/IBB[5]

EqnRc=（5-VCE）/IC.i

根据计算公式，可以得到计算结果。当选择Ibb=60uA时，对应的基射电压和基极电阻在一个范围内变动，因此只能选择一个近似的值VBE=0.8V，Rb=60K。用同样的方法，可以得到的集电极电阻Rc=340。当所有的参数都计算得到后，需要对该电路进行验证，并根据验证结果进行调整。验证电路及其参数如图2所示。

根据共射极放大电路的基本计算结果，可以设计出图4所示电路。验证该电路的方法是对其做直流仿真，并将仿真计算的结果直接显示在电路图中对应的元件和支路上。从图中可以看出，基极的电位为809mV，电流为69.9uA，而集电极电位VCE=2.74V，Ic=6.64mA。对比前面得到的静态工作点参数（IBB=60uA，VCE=3V，IC=6mA），可以发现它们之间存在一个小的偏差，这是因为在电路设计中，无论是在静态工作点还是元件参数的选择上，都存在近似的过程，因此，任何电路的设计，都是一个近似的设计，由此得到的实际电路都需要经过调试合格后才能够实际使用。

图2共射极基本放大电路

以上的例子为学生展示了一个电路设计的基本过程以及设计方法。当课程进一步深入后，可以对本例进行扩展，例如在分析放大电路动态特性时，可以加入不同幅度的输入信号，观察在不同静态工作点，放大电路的输入输出波形和非线性失真，有助于学生理解设计静态工作点的意义。

三、结语

通过在电工技术课堂上增加EDA设计的过程，可以使课程从纯理论教学转向理论与实际设计相结合的教学方式，不仅能够提高学生的学习兴趣，还能够培养他们的实际动手能力，并极大增加了教师和学生间的互动。同时，课本上的理论与公式不再需要死记硬背，它们已经融合到设计过程中，学生通过一两个简单的设计就可以熟练掌握，使学生能够轻松完成课程的学习和考试。

参考文献

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关键词：电子科学与技术；实验教学体系；微电子人才

作者简介：周远明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工业大学电气与电子工程学院，讲师；梅菲（1980-），女，湖北武汉人，湖北工业大学电气与电子工程学院，副教授。（湖北 武汉 430068）

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0089-02

电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业，因此人才培养必须坚持“理论联系实际”的原则。专业实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要教学环节，对于学生综合素质的培养具有不可替代的作用，是高等学校培养人才这一系统工程中的一个重要环节。[1，2]

一、学科背景及问题分析

1.学科背景

21世纪被称为信息时代，信息科学的基础是微电子技术，它属于教育部本科专业目录中的一级学科“电子科学与技术”。微电子技术一般是指以集成电路技术为代表，制造和使用微小型电子元器件和电路，实现电子系统功能的新型技术学科，主要涉及研究集成电路的设计、制造、封装相关的技术与工艺。[3]由于实现信息化的网络、计算机和各种电子设备的基础是集成电路，因此微电子技术是电子信息技术的核心技术和战略性技术，是信息社会的基石。此外，从地方发展来看，武汉东湖高新区正在全力推进国家光电子信息产业基地建设，形成了以光通信、移动通信为主导，激光、光电显示、光伏及半导体照明、集成电路等竞相发展的产业格局，电子信息产业在湖北省经济建设中的地位日益突出，而区域经济发展对人才的素质也提出了更高的要求。

湖北工业大学电子科学与技术专业成立于2007年，完全适应国家、地区经济和产业发展过程中对人才的需求，建设专业方向为微电子技术，毕业生可以从事电子元器件、集成电路和光电子器件、系统（激光器、太能电池、发光二极管等）的设计、制造、封装、测试以及相应的新产品、新技术、新工艺的研究与开发等相关工作。电子科学与技术专业自成立以来，始终坚持以微电子产业的人才需求为牵引，遵循微电子科学的内在客观规律和发展脉络，坚持理论教学与实验教学紧密结合，致力于培养基础扎实、知识面广、实践能力强、综合素质高的微电子专门人才，以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。

2.存在的问题与影响分析

电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业，因此培养创新型和实用型人才必须坚持“理论联系实际”的原则。要想培养合格的应用型人才，就必须建设配套的实验教学平台。然而目前人才培养有“产学研”脱节的趋势，学生参与实践活动不论是在时间上还是在空间上都较少。建立完善的专业实验教学体系是电子科学与技术专业可持续发展的客观前提。

二、建设思路

电子科学与技术专业实验教学体系包括基础课程实验平台和专业课程实验平台。基础课程实验平台主要包括大学物理实验、电子实验和计算机类实验；专业课程实验平台即微电子实验中心，是本文要重点介绍的部分。在实验教学体系探索过程中重点考虑到以下几个方面的问题：

第一，突出“厚基础、宽口径、重应用、强创新”的微电子人才培养理念。微电子人才既要求具备扎实的理论基础（包括基础物理、固体物理、器件物理、集成电路设计、微电子工艺原理等），又要求具有较宽广的系统知识（包括计算机、通信、信息处理等基础知识），同时还要具备较强的实践创新能力。因此微电子实验教学环节强调基础理论与实践能力的紧密结合，同时兼顾本学科实践能力与创新能力的协同训练，将培养具有创新能力和竞争力的高素质人才作为实验教学改革的目标。

第二，构建科学合理的微电子实验教学体系，将“物理实验”、“计算机类实验”、“专业基础实验”、“微电子工艺”、“光电子器件”、“半导体器件课程设计”、“集成电路课程设计”、“微电子专业实验”、“集成电路专业实验”、“生产实习”和“毕业设计”等实验实践环节紧密结合，相互贯通，有机衔接，搭建以提高实践应用能力和创新能力为主体的“基本实验技能训练实践应用能力训练创新能力训练”实践教学体系。

第三，兼顾半导体工艺与集成电路设计对人才的不同要求。半导体的产业链涉及到设计、材料、工艺、封装、测试等不同领域，各个领域对人才的要求既有共性，也有个性。为了扩展大学生知识和技能的适应范围，实验教学必须涵盖微电子技术的主要方面，特别是目前人才需求最为迫切的集成电路设计和半导体工艺两个领域。

第四，实验教学与科学研究紧密结合，推动实验教学的内容和形式与国内外科技同步发展。倡导教学与科研协调发展，教研相长，鼓励教师将科研成果及时融化到教学内容之中，以此提升实验教学质量。

三、建设内容

微电子是现代电子信息产业的基石，是我国高新技术发展的重中之重，但我国微电子技术人才紧缺，尤其是集成电路相关人才严重不足，培养高质量的微电子技术人才是我国现代化建设的迫切需要。微电子学科实践性强，培养的人才需要具备相关的测试分析技能和半导体器件、集成电路的设计、制造等综合性的实践能力及创新意识。

电子科学与技术专业将利用经费支持建设一个微电子实验教学中心，具体包括四个教学实验室：半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室、微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室、集成电路设计实验室、科技创新实践实验室。使学生具备半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析、微电子器件、光电器件参数测试与应用、集成电路设计、LED封装测试等方面的实践动手和设计能力，巩固和强化现代微电子技术和集成电路设计相关知识，提升学生在微电子技术领域的竞争力，培养学生具备半导体材料、器件、集成电路等基本物理与电学属性的测试分析能力。同时，本实验平台主要服务的本科专业为“电子科学与技术”，同时可以承担“通信工程”、“电子信息工程”、“计算机科学与技术”、“电子信息科学与技术”、“材料科学与工程”、“光信息科学与技术”等10余个本科专业的部分实践教学任务。

（1）半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室侧重于半导体材料基本属性的测试与分析方法，目的是加深学生对半导体基本理论的理解，掌握相关的测试方法与技能，包括半导体材料层错位错观测、半导体材料电阻率的四探针法测量及其EXCEL数据处理、半导体材料的霍尔效应测试、半导体少数载流子寿命测量、高频MOS C-V特性测试、PN结显示与结深测量、椭偏法测量薄膜厚度、PN结正向压降温度特性实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时等。

（2）微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室侧重于半导体器件与集成电路基本特性、微电子工艺参数等的测试与分析方法，目的是加深学生对半导体基本理论、器件参数与性能、工艺等的理解，掌握相关的技能，包括器件解剖分析、用图示仪测量晶体管的交（直）流参数、MOS场效应管参数的测量、晶体管参数的测量、集成运算放大器参数的测试、晶体管特征频率的测量、半导体器件实验、光伏效应实验、光电导实验、光电探测原理综合实验、光电倍增管综合实验、LD/LED光源特性实验、半导体激光器实验、电光调制实验、声光调制实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时、课程设计、创新实践、毕业设计等。

（3）集成电路设计实验室侧重于培养学生初步掌握集成电路设计的硬件描述语言、Cadence等典型的器件与电路及工艺设计软件的使用方法、设计流程等，并通过半导体器件、模拟集成电路、数字集成电路的仿真、验证和版图设计等实践过程具备集成电路设计的能力，目的是培养学生半导体器件、集成电路的设计能力。以美国Cadence公司专业集成电路设计软件为载体，完成集成电路的电路设计、版图设计、工艺设计等训练课程。完成形式包括理论课程的实验课时、集成电路设计类课程和理论课程的上机实践等。

（4）科技创新实践实验室则向学生提供发挥他们才智的空间，为他们提供验证和实现自由命题或进行科研的软硬件条件，充分发挥他们的想象力，目的是培养学生的创新意识与能力，包括LED封装、测试与设计应用实训和光电技术创新实训。要求学生自己动手完成所设计器件或电路的研制并通过测试分析，制造出满足指标要求的器件或电路。目的是对学生进行理论联系实际的系统训练，加深对所需知识的接收与理解，初步掌握半导体器件与集成电路的设计方法和对工艺技术及流程的认知与感知。完成形式包括理论课程的实验课时、创新实践环节、生产实践、毕业设计、参与教师科研课题和国家级、省级和校级的各类科技竞赛及课外科技学术活动等。

四、总结

本实验室以我国微电子科学与技术的人才需求为指引，遵循微电子科学的发展规律，通过实验教学来促进理论联系实际，培养学生的科学思维和创新意识，系统了解与掌握半导体材料、器件、集成电路的测试分析和半导体器件、集成电路的设计、工艺技术等技能，最终实现培养基础扎实、知识面宽、实践能力强、综合素质高、适应范围广的具有较强竞争力的微电子专门人才的目标，以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。

参考文献：

[1]刘瑞，伍登学.创建培养微电子人才教学实验基地的探索与实践[J].实验室研究与探索，2004，（5）：6-9.

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一、“电子设计自动化”课程教学的特点

电子设计自动化是一个较为宽泛的概念，它涵盖了电路设计、电路测试与验证、版图设计、PCB板开发等各个不同的应用范围。而当前“电子设计自动化”课程设置多数侧重电路设计部分，即采用硬件描述语言设计数字电路。因此，该课程的教学具非常突出的特点。

1.既要有广度，又要有深度有广度即在教学过程中需要把电子设计自动化所包含的各个不同的应用环节都要让学生了解，从而使学生从整个产业链的角度出发，把握电子设计自动化的真正含义，以便于他们建立起一个全局概念。有深度即在教学过程中紧抓电路设计这个重点，着重讲解如何使用硬件描述语言设计硬件电路，使学生具备电路设计的具体技能，并能够应用于实践和工作当中。

2.突出硬件电路设计的概念在众多高校开设的“电子设计自动化”课程中，多数是以硬件描述语言VHDL作为学习重点的。而VHDL语言是一门比较特殊的语言，与C语言、汇编语言等存在很大的不同。因此，在教学过程中首先要让学生明白这门语言与前期所学的其他语言的区别，并通过实例，如CPU的设计及制造过程，让学生明白VHDL等硬件描述语言的真正用途，并将硬件电路设计的概念贯穿整个教学过程。

3.理论与实践并重“电子设计自动化”是一门理论性与实践性都很强的课程，必须两者并重，才能收到良好的教学效果。在理论学习中要突显语法要点和电路设计思想，[2]并通过实践将这些语法与设计思想得以加强和巩固，同时在实践中锻炼学生的创新能力。

二、“电子设计自动化”课程教学方法总结

良好的教学方法能起到事半功倍的效果。因此，针对“电子设计自动化”课程的教学特点，笔者根据近几年的教学经验总结了一些行之有效的教学方法。

1.以生动的形式带领学生进入电子设计自动化的世界电子设计自动化对学生来说是一个全新的概念。如何让他们能够快速地进入到这个世界中，并了解这个世界的大概，从而对这个领域产生兴趣，是每个老师在这门课授课之前必须要做的一件事情。教师可以采用一些现代化的多媒体授课技术，让学生更直观地了解电子设计自动化。由于电子设计自动化是一个很抽象的概念，因此，可以通过播放视频、图片等一些比较直观的内容来让学生了解这个领域。从学生最熟悉的电脑CPU引入，通过一段“CPU从设计到制造过程”的视频，让学生了解集成电路设计与制造的流程与方法，并引出集成电路这个概念。通过早期的集成电路与现在的集成电路的图片对比，引出EDA的概念，并详细讲解EDA对于集成电路行业的发展所作的巨大贡献。在教学过程中，通过向学生介绍一些使用EDA技术实现的当前比较主流的产品及其应用，提高学生对EDA的具体认识。这些方法不仅使学生对EDA相关的产业有了相应的了解，更激发了学生的学习兴趣，使学生能够踊跃地投入到“电子设计自动化”的学习中。

2.以实例展开理论教学“电子设计自动化”的学习内容包含三大部分：[3]硬件描述语言（以VHDL语言为学习对象）、开发软件（以QUARTUSII为学习对象）和实验用开发板（以FPGA开发板为学习对象）。硬件描述语言的学习属于理论学习部分，是重中之重。对于一门编程语言的学习来说，语法和编程思想是学习要点。在传统的编程语言学习的过程中，通常都是将语法作为主线，结合语法实例逐渐形成编程思想。这种学习方法会使学生陷入到学编程语言就是学习语法的误区中，不仅不能学到精髓，还会因为枯燥乏味而产生厌倦感。如何能使学生既能掌握电路设计的方法，又轻松掌握语法规则是一个教学难题。笔者改变传统观念，将编程思想的学习作为教学主线，在理论学习过程中，以具体电路实例为基础，引导学生从分析电路的功能入手，熟悉将电路功能转换为相应的程序语句的过程，并掌握如何将这些语句按照规则组织成一个完整无误的程序。在此过程中，不断引入新的语法规则。由于整个过程中学生的思考重点都放在电路功能的实现上，而语法的学习就显得不那么突兀，也不会产生厌倦感。由于语法时刻都需要用到且容易忘记，因此在后期的实例讲解过程中需要不断地巩固之前所学过的语法现象，以避免学生遗忘，以此让学生明白，学习编程语言的真正目的是为了应用于电路设计。通过一些实践，学生体会到语言学习的成就感，进一步提高了学习兴趣，此方法收到了良好的教学效果。

3.将硬件电路设计的概念贯穿始终硬件描述语言与软件语言有本质区别。很多学生由于不了解硬件描述语言的特点，在学习过程中很容易将之前所学的C语言等软件编程语言的思维惯性的应用于VHDL语言的学习过程中，这对于掌握硬件电路设计的实质有非常大的阻碍。因此，在教学过程中，从最初引入到最后设计电路，都要始终将硬件电路设计的概念和思维方式贯穿其中。在讲述应用实例时，需要向学生分析该例中的语句和硬件电路的关系，并强调这些语句与软件语言的区别。以if语句为例，在VHDL语言中，if语句的不同应用可以产生不同的电路结构。完整的if语句产生纯组合电路，不完整的if语句将产生时序电路，如果应用不当，会在电路中引入不必要的存储单元，增加电路模块，耗费资源。[4]而对于软件语言，并没有完整if语句与不完整if语句之分。为了让学生更深刻地理解不同的if语句对应的硬件电路结构特性，可以通过一个小实例综合之后的电路结构图来说明。如以下两个程序：（1）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<=''''1''''；elsifa<btheny<=''''0''''；endif；endprocess；end；（2）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<=''''1''''；elsey<=''''0''''；endif；endprocess；end；（1）（2）两个程序唯一的不同点在于：程序（1）中使用的是elsif语句，是一个不完整的if语句描述，而程序（2）使用的是else语句，是一个完整的if语句描述。这一条语句的区别却决定了两个程序的电路结构有很大的不同。（1）综合的结果是一个时序电路，电路结构复杂，如图1所示。而（2）综合的结果是一个纯组合电路，电路结构非常简单，如图2所示。通过综合后的电路图比较，学生更深刻理解这两类语句的区别。强化硬件电路设计的思想，可以促使学生逐渐形成一种规范、高效、资源节约的设计风格，培养一个优秀的硬件电路设计工程师。

4.通过实践拓展强化学生动手能力“电子设计自动化”是一门实用性很强的课程，学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力，因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识，并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力。笔者在教学过程中鼓励学生将课程实践和毕业设计内容相结合的方法，让学生强化实践能力，收到了良好的效果。学习“电子设计自动化”课程的学生基本上都是即将进入大四，此时他们的毕业设计已经开始进入选题，开始了初步设计的过程。笔者先在实验课堂向学生布置一些常用硬件电路设计的题目，比如交通灯、自动售货机、电梯控制器等，让学生体会电子设计自动化课程的实用性，激发他们的思考和学习兴趣。在此基础上分组组建实践小团队，让每组学生共同完成一个较复杂的电路系统，比如遥控小车、温度测控系统等，鼓励他们将所做的内容与毕业设计对接。其中大部分同学通过这些训练都可以掌握硬件电路设计的基本方法和流程，有一部分同学还能设计出比较出色的作品。此过程不仅让学生体会到了学习知识的快乐，也培养了他们的团队协作精神，为他们以后的继续深造和工作做了铺垫。

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【关键词】电子工程设计;高频电路;教学研究

1.引言

《电子工程设计》是电子信息工程专业的一门专业课和必修课。本课程是学生学习电子技术十分重要的教学环节之一，是对学生学习电子技术知识的综合实践训练。通过电子技术实践教学环节，使学生巩固所学的电子技术理论知识，培养学生解决实际问题的能力，加强基本技能的训练，切实提高学生的实践动手能力和创新能力。教学任务是通过本课程的学习使学生掌握常用电子元器件基本知识，常见电子电路的设计，综合电子应用电路的设计，电子线路板元件布置与布线基本知识，元件焊接技术，硬件电路的调试技术，电信号的检测技术。

课程内容中高频电路设计部分是重点也是难点，高频电路设计包括各种调谐电路的设计、高频振荡器的设计以及实际电路的制作和调试。学生在进行各种参数选择和电路调试的过程中很容易出现问题，本文针对高频电路设计和调试方法进行了深入的教学研究，结合课程讲授过程中的实际问题对此部分教学内容做了详细分析，并取得了良好的教学效果。

2.调谐放大电路的设计和调试方法研究

调谐放大器是一种选频放大器，即从所输入的信号中选出有用信号并进行电压放大。调谐放大器在各种电子设备、发射和接收机中被广泛应用。在调谐放大器中由L、C元件组成并联谐振回路，对信号进行选频[1]。放大器件可以是双极型晶体管，也可以是场效应管。

2.1 原理电路

图1 原理电路一

图2 原理电路二

RB1、RB2、RE提供管子的静态工作点，使管子处在放大状态。电路之一中的L、C组成并联谐振回路，决定谐振频率。电路只对谐振频率及其通频带内的信号进行电压放大，而对通频带以外的输入信号不放大，从而实现选频放大。电路之二的直流偏置与电路之一相同。电路中的C、L1、L2决定谐振回路的谐振频率。放大的电压信号经L1、L2之间的互感耦合，由L2两端输出。上述电路在发射和接收设备中被广泛应用。如超外差收音机的中放电路、电视机的中放电路等普遍使用上述电路。

2.2 电路的设计方法

（1）按所需谐振频率选择LC参数

谐振频率由L、C参数共同决定，在设计中一般先固定电容的参数，选择电感元件的参数。在设计高频谐振回路时，由于管子的结电容和元件分布电容影响谐振频率，选择电容参数时适当将容量选的小些。电感最好选用具有磁帽的电感，以方便电路调试时微调电感量。如果选用有骨架电感，可通过增减匝数来微调电感量;如果选用空心电感也可通过改变匝与匝之间距离来微调电感。

（2）三极管放大电路的设计

电路属于小信号放大电路，设计时参照中频段单管放大电路的设计过程。其实就是通过设计使管子具有合适的静态工作点，并具有合适的动态范围。如UCEQ≈1/2VCC。注意：对直流来说LC回路相当于短路。

2.3 电路的调试方法

（1）静态调试

调试电路的静态工作点，使电路中管子的静态电流和有关电压达到设计值。UCEQ最好接近1/2VCC。

（2）动态调试

在信号输入端输入接近LC回路谐振频率的频率可变的信号，用毫伏表测试LC回路的电压。将输入信号由低到高改变频率，观察毫伏表读数，当毫伏表读数最大时，所输入的信号频率就是该电路所放大的信号频率。

上述毫伏表可以用示波器代替。当示波器显示波形幅度最大时，所输入的信号频率即为该LC回路的谐振频率，也就是该电路所放大的频率。在没有毫伏表的情况下，也可以用万用表直流电压档测量管子的UCE，在LC谐振时UCE最小。如果电路的谐振频率偏离设计频率，可以通过微调电感量进行谐振频率的微调。如果谐振频率偏离设计值太多，可先改变电容的容量，然后再微调电感量。如果有条件最好用扫频仪调试放大电路的频率特性。

3.高频正弦振荡电路的设计和调试方法研究

所谓高频正弦振荡器是指产生几百kHz以上正弦信号的电路（几赫兹～几千赫兹正弦信号由RC正弦振荡器产生）。

高频振荡器按选频网络分为LC正弦振荡器和石英晶体正弦振荡器[2]。LC正弦振荡器的频率稳定度为10-2～10-5，石英晶体正弦振荡器的频率稳定度为10-7～10-9。

LC正弦振荡器的振荡频率可通过改变电感量实现微调。如果需要使振荡频率该变量较大，一般先改变谐振回路电容的容量，然后微调电感量。当石英晶体的标称频率选定后，石英晶体振荡器的振荡频率基本固定，虽然理论上可通过改变配谐电容的容量来微调振荡频率，但由于配谐电容的容量很小，在实际中通过改变配谐电容容量对电路振荡频率的改变很很小。只要应用场合对振荡器振荡频率稳定度的要求不是很高，实际中高频振荡器大多是LC正弦振荡器。

3.1 LC正弦振荡器的电路设计

从理论上讲，LC正弦振荡电路有变压器反馈式、电感三点式、电容三点式、改进的电容三点式（克拉拨电路）。实际中的LC正弦振荡电路上述四种形式都有，但最多的是电容三点式和改进的电容三点式[3]。这是由于电容三点式电路管子的结电容和元件分布电容对谐振频率的影响小。电容三点式电路原理电路如图3所示。

图3

由管子和RP、R1、R2、R3、R4、C1、C2组成的电路是小信号放大电路。显然它是阻容耦合共基极放大电路。电阻决定电路中管子的直流偏置，由于整体电路为振荡电路，管子在处于放大状态的前提下，应尽量使直流偏置小些，即静态工作点靠近截止区，如管子的静态集电极电流一般在（1～2）mA。电容C1、C2为隔直通交电容，它们的容量视振荡频率决定[4]。

振荡频率计算公式近似为：

在选择C3和C4容量时，要注意C4对谐振频率的容抗决定正反馈的大小，其容抗越大则正反馈量就越大，电路容易起振[5]。但正反馈量过大会使管子退出放大状态，反而电路不能振荡。在设计中先选择C的容量，然后计算L的电感量。振荡频率在几MHz以下时，C的容量选几百pF;振荡频率几十MHz时，选C为几十pF。在C的容量选定后，根据振荡频率f0确定L的值。

3.2 电路的调试方法

先调试放大电路的静态工作点：先将LC谐振回路用短路线短路，则整体电路仅为放大电路。放大电路的调试仅调节静态工作点即可。即通过调节RP的阻值，改变管子的静态工作点，使其达到设计值（一般小功率振荡电路，静态ICQ=1～2mA）。

静态调试完成后调试动态：即将原跨接在LC谐振回路的短路线去掉，通电后用示波器观察振荡波形。在LC回路元件参数选择合理时，只要电路的静态合适，接通电源后一般都能振荡。

振荡频率的微调：振荡频率的微调一般通过改变电感量实现。如果使用无骨架电感，通过增减线圈匝数或改变匝间距离改变电感量;如果使用有磁芯电感，则通过调节磁芯与线圈的距离改变电感量;如果使用无磁芯有骨架电感，只能通过增减线圈匝数改变电感。

电路不起振可能是下列原因之一：

（1）电路的静态工作点过低，或管子的β值太小

解决的方法分别是通过减小RP阻值来提高静态工作点。这个工作可在用示波器观察着振荡波形的情况下微调RP阻值。

如果是管子β值太小引起的不起振，则应更换β值大一些的管子。一般β值在几十以上就可，β值过高会使电路工作不稳定。

（2）电路中LC回路的Q值太低

解决的办法是增大L/C的数值，即在LC乘积为常数的情况下增大L/C的比值。或减小线圈的损耗电阻（改用线径粗的绝缘漆包线绕制电感），或减小负载对谐振回路的影响。前两个原因往往是LC回路设计时元件参数选择的不十分合理。

（3）正反馈量过小或过大

解决的办法是在保证总电容量基本不变的情况下，改变C3、C4的比值。C4对振荡频率的容抗越大，正反馈就越大。

4.小结

通过理论教学和实践教学过程中得到的经验，对高频调谐电路和高频振荡电路设计的设计方案，参数选择方法和电路调试方法进行了总结，根据理论计算数据调试电路是教学的难点，也是把理论应用于实践的关键，采用了上述教学方法能够有效地解决学生在调试过程中出现的各种问题，提高学生的设计水平和能力。

参考文献

[1]付家才.电子工程实践技术[M].化学工业出版社，2003.

[2]戴伏生.基础电子电路设计与实践[M].国防工业出版社，2002.

[3]吴慎山.电子线路设计与实践[M].电子工业出版社，2005.

[4]姚福安.电子电路设计与实践[M].山东科学技术出版社，2005.