电路的创新设计范文
时间：2023-10-16 17:08:27
导语：如何才能写好一篇电路的创新设计，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。
篇1
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0395-01
电容器是电力系统、电工电子技术中的常用元件，也是电路的基本元件之一，同时学好电容器也为中等职业技术学校电专业的学生今后学习相应专业课建立必要的基础知识，电容器能够充电和放电是学习电容器的重点。
1.原电容器充放电实验电路简介
我们现在所使用的教材中提供的电容器充、放电电路如图1所示，分析过程是：当开关S置于“1”时，构成充电电路，开始时灯泡HL较亮，然后逐渐变暗，从电流表可观察到充电电流有大到小的变化，而从电压表观察到电容器上的电压UC由小到大的变化，即UC ≈ E；当开关S置于“2”，就构成了电容器的放电电路，灯泡HL逐渐由亮变暗，最后熄灭，从电流表可观察到电流由大变小，而从电压表可观察到电容器上的电压也逐渐下降，直至UC=0，表示放电结束。
以上这个电路是电容器充、放电电路的原理图，只适合纯理论性的分析学习，这样的电路已经不适应如今职业技术学校教学理念的要求，所以在实际教学中笔者尽量让学生在做中学，通过直观的实验现象将知识点展示出来，以降低学生的学习难度，提高其学习兴趣，因此，笔者对教材中提供的电容器充、放电原理图进行了创新设计，这样重新设计后的电路就比较适合于学生实验操作之用了。下面就介绍一下电容器充、放电电路在实际教学中遇到的问题及重新设计后的电路。
2.原电路存在的问题
在选用图1时，经过分析发现存在如下问题：
（1）这个电路中所有电器元件都没有标注具体参数，学生真正地去做实验，没有选用元器件规格的依据，也无法实际实验。
（2）实验现象不够直观，此电路要求充、放电过程中要观察灯泡的亮暗程度，同时还要观察电流表中电流的大小变化情况和电压表中电压值的大小变化情况，太复杂。
（3）原理上分析，电容器在充放电时灯泡的亮暗程度是逐渐变化的，但实际上电容器充放电的速度很快 ，灯泡会突然亮或灭，导致人用肉眼观察不到灯泡的亮暗变化。
（4）亲自做过此实验的人会遇到这样的问题，就是电容器通常会出现充不满电的情况，结果导致电容器两极板间的电压UC不能约等于电源电压E。
3.实验电路的创新设计
根据上述分析，笔者经过大量的理论推导和多次实际实验解决了上述电路存在的问题，在原电容器充、放电电路基础之上做了如下创新，实验电路如图2所示。
（1）电路参数的设定为使学生在实验中保证操作安全，电源采用10V直流稳压电源；该电路中电容器用耐压高于电源电压且容量较大的电解电容或油浸纸介电容，容量为470μF，接线时要注意极性，不要接反，如果接反会损坏电容器，甚至引起爆炸；灯泡选用与电源电压相符的即可（如果身边没有相应规格的灯泡用额定电压稍高于电源电压的指示灯也可）；电阻R1和R2所用规格分别是10K 0.5W和20K 0.5W。
（2）充、放电现象的创新。教材中所提供的电容器充、放电原理图中，让学生观察灯泡的亮暗变化的同时还要观察电流表和电压表上数值的变化情况，这样对于初学电知识的学生来说还不具备那么复杂的分析能力，所以笔者将电路中所使用的电流表和电压表撤去，只观察灯泡的亮暗程度。亦能说明电容器充、放电现象，这样实验现象变得更直观、内容也更加简单易懂。
（3）充、放电速度的创新。理论上分析电容器充、放电时，灯泡是逐渐变亮或逐渐变暗的，但实际在操作时，灯泡的亮暗变化很快，操作者观察不到实验现象，误认为实验是失败的，所以笔者根据能够反映电容器充、放电时间长短的参数τ=RC做了定性分析和理论性推导，再结合笔者自身的实践经验可知，实际上t=（3～5）τ时，充电或放电就已经结束，最后确定出限制充电时间的电阻R1的值选用10K，限制放电时间长短的电阻R2的值选用20K最为合适，这样充电或放电的时间限制在3～5S内，实验现象就具有一定的可观性，且能够有力的说明电容器具有充电和放电的特性。
4.实验中常见问题的处理
电容器充电实验时，电容器经常会出现充不满电的现象，电容器充电实验电路如图2所示，1和3相连时为充电；2和3相连时为放电。充电和放电时用万用表观察电容器两端电压时，电容器两端的电压就等于电源电压减去电阻R1两端的电压，为了使充电时间延长，R1要有一定的阻值，阻值太大，电容器两端电压与电源电压相差太大；如果太小，电容器两端电压是与电源电压近似相等了，但是充电过程太快实验现象就没有了可视性，所以，笔者经过大量的实验得出结论，电阻R1的值取如图2中的数值比较理想，这样既能是实验充电过程具有一定的可观性，且能是电容器两端电压是与电源电压近似相等了。
5.设计后电路在教学中的应用
实际教学中，在介绍电容器之前，可以让学生先观看实际使用中的电容器元件，例如：计算机内部显卡电路板上的各个元件，从感性上认识到电容器与电阻器一样也是电路中的常用元件，这样就可以很自然地引出电容器的概念，此时学生肯定会具有很强的好奇心，很想知道电容器在这个电路中有什么作用呢？实际上这也正是我们要向学生传授的内容，在这一环节中我们一定要打破传统的教学方式---教师给学生做纯理论性的分析讲解，因为这样的教学方法已经不再适用现代学生的学习要求，那我们教者怎么办呢？此时教师可以通过一段过渡性的语言引导学生：“你们是不是想知道电容器这个元件在电路中有什么作用吗？现在就让我们一起动手做一做，从实验中寻找答案吧”，在学生动手做的过程中，老师要围绕本次课的知识点提出几个相关的引导问题，让学生带着问题去做实验，通过实验现象就能自行回答出引导问题，从而也就把我们要学的内容掌握了，在实际教学中应用本文重新设计后的电容器充、放电电路，让学生先动手做一做，同时结合上述的教学方式，确确实实收到了非常好的教学效果。
总之，电工基础课的教学内容目前还存在理论性强、概念多、公式复杂、知识点分散、内容抽象等客观问题，所以通过对电容器实验电路的创新设计，使直观的现象和抽象的理论结合，让学生亲自动手操作，这样比较容易接受和理解，印象深刻，记忆牢固，从而真正地实现了在做中教、在做中学，这也正符合当今中等职业技术院校所提倡的一体化教学的理念。
参考文献
《电路》第四版 邱关源 高等教育出版社
《电工学》第六版 秦曾煌 高等教育出版社
篇2
【关键词】中职学校；电子电路设计；音响设计；创新教学
中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）05（c）-0000-00
与中职学校的其他专业相比，电子专业对于学生的动手实践能力要求更高。因此在进行电子电路设计课程的教学中，应当充分将理论与实践结合起来进行教学。但是受教学资源和教学条件的限制，部分中职电子电路设计专业教学仍然以理论教学为主，只注重学生在CAD软件上的操作是否熟练，而忽略了电子电路设计的实际应用。以下笔者就结合自己的教学实践经验，来谈谈电子电路设计实用性项目的创新教学方法。
1、开展实用性项目教学的必要性
一般来讲，电子电路设计工作都是在CAD软件上制作完成的，因此现如今很多中职电子专业在教学中往往只将教学实践的重心放在培养学生的CAD制图能力上，也就是说，中职电子电路设计教学除了进行理论教学以外，就是对学生进行CAD软件应用能力培训，并认为这样就能够培养出优秀的电子电路设计人才。然而事实上却并非如此，很多学生在进入企业进行实际生产时，仍然不能在短期内掌握生产设计要领，实践能力很弱。
基于此，我们应当了解到，电子电路设计课程的教学内容不但要包括理论、CAD软件，还要包括一些实用性项目，也就是要培养学生对于PCB板的设计能力，包括对PCB板的布局和布线进行合理设计，从而使产品设计达到相关质量认证要求。
2、开展实用性项目创新教学实践的方法
通常在中职电子电路设计课程的项目式教学中，包含了绘制单管放大电路原理图、制单片机系统层次原理图、绘制元件原理图、单管放大电路PCB板设计、单片机系统PCB板设计、U盘PCB板设计和PBC封装设计几大项目。在本文中，笔者提出可以在此基础上增设一个新的项目，即音响电路PCB板的设计项目。
之所以要提出在电子电路设计项目中增设音响电路设计，是因为当前的电子产品基本上都会配备语音系统，而电子产品的发展又是趋势于轻巧、单薄的方向。也就是说，现代电子产品对电子电路板的密度要求越来越高，PCB板的密度大小、精度高低都直接决定着其性能好坏。而在PCB板的设计中，若布线过于紧凑，会出现严重的干扰，因此要增大密度，就必须要提高PCB板的抗干扰能力。为此，我们应当将音响电路PCBLAYOUT设计也作为电子电路板设计的一个重要项目内容。
3、基于实用性的音响电路设计项目实践
音响电路的PCBLAYOUT一般由集合数字电路、模拟电路和高频电路组成，在对其进行设计时应当充分考虑到电路板的使用稳定性。而影响其使用稳定性的主要因素有电源、接地和信号线处理等，这些因素对电路板的抗干扰性影响也较大。为此以下我们重点对这三个因素的实践处理方法进行探讨。
3.1电源的处理
在组合音响的使用电源种，运用到很多降压、稳压电路，所以在做线路图时就应当把他们分开。但是在选用降压呵稳压电路时，必须要考虑到承受工作的电流问题，在同一组电压给不同模块时应当将磁珠分开。
3.2地线的处理
在做组合音响的地线处理时，必须要考虑的就是电流问题。
我们都知道一个原理，那就是电源从哪里来，那么底线就要回哪里去。比如一个5v的电源，它给CD部分供电，那么CD部分的地也要回到5v电源的地上，如果这个5v电压是经过12V降下来的，那么它的地也就再回到12V电源的地线上，都是一级一级串起来的，最后到总电源输入的地上。
DA解码芯片的地线、FM音频输出的地、DECK的地、AUX输入的地、LINE IN输入的地都应该直接接入到功放的地线上。很多时候，我们画功放电路都会想到单点接地，都想把所有地都接入到滤波电源的电容上，认为这个地方的地是最干净的，其实还是有局限性。因为AUX输入的是音频信号，电压的幅度起伏不定，功放的电流波动也很大，也就造成功放的地不稳定。
喇叭的地要接到电源地上，不能放在功放的IC地上，众所周知，功放的IC地上是存在一定电压的，如果把喇叭的地接放到这里，不仅输出功率降低了，还相当于是吧喇叭的地与功放IC的地接在了一起，这样使得喇叭的地变得更加不稳定，电压相对也起伏加大了。
3.3信号线的处理
在模拟功放里信号线已经很少，一般只有声道。
在音频输入输中间要用地线隔开，最好音频线的两边要用地线包起来。
LR声道线上的滤波电容要离开得远些（在音频信号幅度很大的时候，这点影响很明显）。相隔太近，容易引起失真，串音。
在电流很大的信号线电源及地线上可增加露铜区，在过波峰焊的时候露铜的地方会沾上锡，从而减少铜铂上的阻抗，一般是在地线上，或者音频输出线上。
3.4音响产品的PCB工艺
贴片元器件基本上和MP3的工艺是一样的。音响产品使用到插件的物料很多，所以在焊接上可能还会使用到波峰焊，因此在一些插件元器件中和贴片是不一样的。
在一些大的焊脚上需要增加SOLDER缺口，以便过波峰焊的时候，不至于出现连锡，但是过波峰焊的方向一定要和缺口方向一致。
3.5认证
我们都知道，音响产品不比MP3和U盘，它还多了一个需要认真的安规UL。所以在选用器件时，一定要选择过了UL认证的物料，还要选择在认证时变压器一定是没有被浸漆的，在做安规测试时要有耐压和过流保护作用的。如果选用好的变压器，那么耐压问题是不会出现的，在电路中增加保险丝，也是为了做过流的保护作用。
FCC，CE认证的处理方法基本上都是适用于音响产品的。此外就音响产品还有一种特殊的处理方法，就是在连接线上增加磁环。
4、结语
综上所述，在中职电子电路设计的课程教学中进行实用性项目教学的创新和改进是非常有必要的，也是未来社会发展对中职学校人才培养提出的新的要求。作为电子专业的学生，不但要能够充分掌握电子电路设计的理论知识和软件设计方法，还要能够与实际生产相结合，掌握生产中需要注意的设计要点。本文中提出在电子电路设计的项目教学中加设音响电路设计正是基于这种理论而提出的，希望能够为广大同行提供一些借鉴和参考，从而促进中职电子专业教学模式的改革和教学水平的提高。
参考文献
[1] 赵永杰，郭英. 项目教学在电子线路CAD教学中的探索与实践[J]. 吉林广播电视大学学报. 2010（05）
篇3
关键词：输电；35KV；技术创新；有效策略；线路设计；法规
中图分类号：S611 文献标识码：A
一、输电线路设计
目前的35KV输电线路设计主要包括两个步骤：初级设计和施工图纸设计。
初步设计：
初步设计是对整个设计进行整体的构思，这一步需要综合考虑相关的设计原则以及设计要求。
（一）选定输电线路的路线
在确定输电线路时，应该遵循以下几个原则：尽量保证所选的路线在满足所有条件时是总路程最短的一条；地质灾害严重的地方要避开；林区、农田区、开发区、旅游景点也要避开；绕开坟地以及庙堂等地方；不能穿过通讯线路、河流、水库等；避开重污染和高危险区域（如化工场、储油库等）；避开城镇与村庄中建筑群集中的地方；尽量选择沿着公路的走向设立输变电设施。
（二）严格遵守下列原则
设计之前应该进行实地测量，测量结果对设计有着很大的影响，因此需要勘测人员认真负责的完成这项工作。勘测之后定位桩的位置需按照以下原则选定：与建筑物的距离要大于10m；与公路的距离要大于15m；与通讯设施的距离大于20m；流沙、烂泥地等地方需要避开；不可在陡坡或滑坡上设定位桩；龙脉、坟地和庙堂这些民间百姓迷信的地方也要避开；经济林、果树园、风景区等高经济价值的地方要避开；定位桩若是必须穿过高电压等级的地方，则需要选在对地距离较高处（通常都必须在12m以上）。
（三）确定导线以及避雷线的安装
在系统提供的负荷压力下，参考资料所选择的导线截面做决定。在选定导线时，其截面积应该尽量偏大而不可偏小，而避雷线则应该根据标准选定。
（四）天气的选择
在35kV输电线路的设计中，可以根据最高温度计算导线的最大垂度，使导线不接触到地面以及建筑物；根据最低温度确定导线的最大应力；根据最大风速确定出导线、电线杆以及拉线等部件的外负荷，并验算导线与最近建筑物的水平安全距离是多少；根据雷电出现的次数为防雷保护措施提供参考。这些气象条件为我们提供的信息可以有效防止安全事故的发生，同时也可以降低事故造成的伤害。
（五）防雷设计
避雷线根数的确定是通过送电线路的电压等级以及现有输电线路的运行经验，接地的避雷线是输电线路最有效地避雷方法。35kV的输电线路并不在全线都架设避雷线，而只在送电厂以及变电所这两处架设1～2m的避雷线。由于35kV的输变电线路可以在单相接地时短时间的运行，因此没有设立避雷线的部分可尽量采用三角形的排列方式。这样最上面的一相导线便可作为避雷线使用。避雷线的进线段需采用导线水平排列的杆塔，这样可以降低雷电击中杆顶的电位，从而避免避雷线的分流，有效降低因雷击造成的掉闸率。
（六）塔杆的选择
农村地区以往多使用径硂杆来架设输电设备，比如拉线等。这种杆给施工过程带来不便，同时使用起来有着比较大的风险，35KV输变电线路设计采用标准的自立塔。这种自立塔使用了热镀锌技术，能有效加强其风防腐能力。
城镇区域则由于受规划的限制，可以采用钢管杆。钢管杆多使用钢管桩作为地基，它对周围的建筑物以及交通状况的影响比较小。
（七）施工图纸设计
根据初选的路线、塔杆设立等绘制一份整体的施工图纸以及一些局部细节的图纸，其中应该包括：详细的路线图、打桩的位置图、铁塔的断截面图等。并且，施工图纸的设计这个步骤还应该包括完整的材料使用明细表以及施工预算方案。
二、创新施工技术的有效策略
（一）指定规格
架设进出线是一项很复杂的工作，容易出现问题，因此35kV的输变电设计应该明确指定其进出线的规格，以便与架空线路终端的引线匹配，这样进出线的架设才会更简便，减少出现问题的可能。同时还应该尽量让35kV架空线的防雷范围与所在地已有的防雷衔接好，以免出现防雷漏洞。
（二）亲自监工
对于勘测人员选定的设杆位置，施工的总负责人应该在施工进行时亲自去到现场，参与到现场状况的指挥中去，合理的安排并协调现场的施工状况并对施工中遇到的问题进行指导。比如审核塔杆位置点的合适与否，对于不合适的设杆点，需要在允许的范围及时的确定新的替代点。
（三）留意小细节
35kV输变电线路设计十分精密，因此在细节方面应该格外注意，比如像电杆应该埋多深及其底盘规格等这样的问题。并且，使用“T”接的输电线路就应该使用该接法最合适的杆型，并明确指出其连接方法。还有，某些地方的土壤性质特殊，这点也需要格外注意。土质偏酸、偏碱或是具有腐蚀性时，塔杆埋入后会因为这些原因受到化学侵害，塔杆的稳固性会因此受到影响。因此可以对每个地方的土壤进行检测，这样在埋入电杆时可针对不同地方的不同特性适当的进行防酸、防碱、防腐处理，延长电杆的使用时间。
（四）严格恪守国建的施工法规
在施工时，应该一切按照规章制度办事。国家规定必须勘察、以后再动工，就必须严格按照这个程序来，绝对不可一边勘察、一边设计、一边却已经开始施工的情况发生。
结语
35kV输电西路设计以及施工技术的创新，不仅需要我们在电力方面的高端技术与丰富的经验，还需要我们对地方实际情况的了解、对工作认真负责的态度以及对国家相关规定的充分了解。只有根据国家对初步预算的限制进行施工预算才能得到国家审批并具体实施，也只有在熟悉地方状况的情况下，才能与实际结合，因地制宜的设计出最合适的输变电线路设计方案。输变电设施关系重大，只有敢于钻研与创新，不断地探索，才能让我国的输变电线路建立得更先进与稳固，才能让我国的输变电线路施工技术得到不断的改进。
参考文献：
篇4
[关键词]实验教学；创新能力；实践能力；研究生教育
[中图分类号] G643 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）01-0168-02
研究生教育属于国民教育序列中的高等教育，对国家创新人才培养以及提高国家科技竞争力具有决定性意义。研究生教育不仅要求学生在本门学科内掌握坚实的基础理论和系统的专门知识，而且要求具备从事科学研究和教学工作或独立承担专门技术工作的能力和创新能力。因此，与本科及其之前的教育不同，研究生教育的核心是培养学生的科研能力、工程实践能力以及创新能力。为更好地实现培养目标，提高培养质量，当前国内外很多工科类大专院校在研究生阶段的课程系统中开设有实验课程。大量的事实证明，研究生实验能力的高低，决定其科技创新水平的高低。而创新是研究生培养质量的标志和灵魂，离开了创新，就谈不上高质量高素质的研究生教育。
一、优化教学内容
“测控电路与装置”是我院仪器科学与技术学科研究生选修课，主要介绍测控系统常用硬件电路与装置的原理及实现技术，其完整的教学体系包括信号运算与处理电路、信号转换与模拟电路、信号激励与检测电路、测控系统设计以及新型集成电路的应用等，内容涵盖了基本的原理电路和大规模集成芯片的应用。
为了培养研究生的实验能力，我们摒弃了传统的以教员讲授为主、学生被动接受知识为辅的教学模式，对教学内容进行优化，体现由“学科系统式”向“应用系统式”的转变、由“微观局布式”向“宏观整体式”的转变、由“面面俱到式”向“精选式”的转变，将教学内容用若干个基础验证实验、综合设计实验和创新型实验贯穿起来。我们利用基础验证实验培养学生掌握坚实的基础知识，培养和激发学生创新意识，利用综合设计实验培养学生的知识综合应用能力，利用创新型实验培养学生的创新和解决实际问题的能力。
实验内容的划分可用图1表示。基础验证实验包括：运算放大器的特性与参数、运算电路的特性与参数调整、信号变换电路的特性与调整等；综合设计实验包括：基本信号处理电路设计与调整、函数发生器电路设计与调整、直流稳压电路的设计与调整、滤波电路的设计与调整等；创新性实验包括：信号产生电路设计与应用、数据采集电路设计与应用、线性系统性能分析、CPLD和FPGA芯片的应用等实验。实际教学过程中，这些实验的具体内容、要求，以及使用的器件或芯片等会根据研究生的知识掌握程度和技术的发展进行更新或调整，并鼓励研究生自主设计，自己动手，自由探索，开设创新性实验。
二、创新教学实施方法
教学过程由基础讲授、实验、撰写报告、汇报交流或检查评估等环节组成。教员在基础内容讲授的基础上，布置实验内容、要求及注意事项。研究生根据实验内容和要求进行仿真实验或实际实验，仿真实验利用Multisim软件在计算机上进行，实际实验内容利用具体的元器件和电路实验。实验由研究生一人一组进行，实验完成后要写出实验报告并制作PPT课件，在课堂进行交流。对于综合性和创新性实验，还要由教员和全体学员共同评估项目的完成情况，作为课程考核平时成绩的评定依据。2015年研究生“测控电路与装置”课程教学实施计划，我们安排了运算放大器的特性与参数、运算电路的特性与参数调整、信号变换电路的特性与调整3个基础验证性实验，综合实验安排了RC有源滤波器设计与调整、信号处理电路调试与仿真，最后以信号产生电路的设计、仿真与调试为创新性实验，鼓励研究生自主设计与创新。
创新过程可能发生在设计过程，也可能发生在仿真和调试过程中。例如，在DDS仿真电路中，U1似乎是多余的，因为它没有任何连接，而且从原理上讲DDS电路也是不需要MCU的，那么U1在电路中的作用是什么呢？在进行DDS仿真实验时，我们发现MultiSim不支持ROM的设置，即利用MultiSim无法直接设置正弦数据存储器的值，但是研究发现，在进行MCU仿真时，MultiSim允许将程序编译下载到MCU的外部程序存储器，于是我们可以将整个DDS电路看作MCU的电路，并利用MCU的程序编译过程实现对U2的加载，进而实现DDS电路的仿真。
三、完善实验环境
培养研究生的实验能力对教员的素质和教学的实验条件提出了更高的要求。教员不仅要熟练掌握教学内容，还要具有丰富的相关学科知识，能正确解答研究生在实验过程中提出的问题。同时，实验条件也应满足教学要求，包括虚拟仿真实验所需的计算机和电路仿真软件，以及实际实验中用到的实验平台、仪器仪表、元件器件等。
虚拟仿真实验利用计算机和电路仿真软件MultiSim进行。针对实际电路实验，我们建立了相应的实验平台。该实验平台除了可完成热电偶、光敏电阻、霍尔器件等基本元器件测试以及基本的模拟、数字电路实验外，还可对实验内容三个层次完成运算放大器特性与参数调整、差动放大器性能分析、波形转换电路实验、信号产生电路实验、滤波电路实验、数据采集系统设计与分析、线性系统的频域响应分析、典型环节时域响应分析、电工电子创新设计、机电一体化综合创新设计以及智能飞行器创新系统设计等实验项目。
四、构建综合考核评价体系
实验教学考核评价体系的构建应该将鼓励创新放在首位。“测控电路与装置”课程考核成绩主要由实验设计与操作的成绩、平时成绩、创新设计成绩三部分构成。其中，实验设计与操作成绩包括实验方案设计报告、实验操作情况、实验报告等三部分成绩，主要考核研究生的工程实践能力、团队协作能力和创新能力；平时成绩主要包括课堂专题讨论情况、答疑讨论情况、定期汇报报告情况等几部分，主要考核学员的理论知识综合应用能力和总结表达能力；设立创新设计成绩，支持和鼓励有创新意识的研究生积极进行创新实验活动。通过这种综合性的考核方法能够尽可能地考核学员的各种能力，督促研究生学员有意识地加强创新实践能力的锻炼。
五、教学效果分析
采用实验教学为“测控电路与装置”课程教学带来了生机和活力，提高了课程的教学效果和研究生的实验能力。主要体现在：
1.实验教学实现了以研究生为主体的良好教学环境，使研究生在主动完成实验内容的过程中积极探索，主体意识明显增强，学习积极性大大提高；
2.转变了研究生的学习观念，激发了研究生的学习主动性，提高了动手实践能力、协调能力及解决问题和应变的能力，自我探究能力也在不断提高；
3.在完成实验的过程中，有很多问题需要讨论和相互协作，研究生之间、教员与研究生之间沟通加强，增强了团队的合作意识；
4.通过实验结果的总结和讨论，提高了研究生的语言和文字表达能力，最大限度地开发了研究生的独立思考能力，提升了研究生对于科研创新的信心。
从几年的教学效果和研究生的反馈信息来看，研究生乐意接受这种以实验能力培养为主的教学形式，课程取得了很好的实效，同时，也为理工科课程的研究生创新实践能力培养提供了一些有益的借鉴经验：
首先，要加强课程体系建设，从课程体系上深化研究生实验能力的培养。
其次，在基础实验的框架下，针对不同专业背景或不同知识掌握程度的研究生，制订深度不同、程度合理的实验内容，因材施教，让能者在专业上得到长足发展。
另外，随着高校实验教学改革的深入开展，创新和改革实验教学方式和考试方式更有待深入细致的探索和实践，尤其需要采用多元化方式激励研究生投入更多的创新思维到实验设计中去，并且不断在实践教学中检验和发展改革效果与运行机制。
[ 参 考 文 献 ]
篇5
关键词：项目教学；开放式；模块化；创新套件；MSP430
中图分类号：TP368.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）20-0022-03
引言
单片机实验箱是学生学习和掌握单片机应用系统设计的主要平台，创新实践是培养学生工程能力的必不可少的环节，因此，如何有效设计实验箱培养学生工程实践能力是国内各院校关注的重点。目前市面上的实验箱多以51系列、PIC系列等单片机为主，集成度高，只能为学生提供验证性、训练性的实验项目，无法结合工程应用问题进行创新设计。随着信息技术的发展，低功耗的单片机应用越来越广泛。TI公司推出的MSP430单片机以其超低功耗并兼顾高性能的特性在工业、消费类电子产品、便携式仪器等领域越来越受到欢迎。本文以MSP430单片机为核心，基于项目学习理念开发了一套模块化、开放式、面向工程应用的创新实践套件。
1 设计思想
模块化、开放式、有助于项目学习是该套件的最大特点。具体表现为如下形式：
（1）模块化特色是按照基础和应用需求，分类设计电路；彼此之间既有联系又互不限制。
（2）开放性特色要求各模块既能单独使用，又能组合实
现，且可利用套件提供的资源，按照项目要求自行设计模块。
（3）有助于项目学习则要求开发的模块具有实际的工程
应用意义，帮助学生从单片机的实验理解层面上升至工程应用层面，提高运用单片机解决实际工程问题的能力。
2 硬件研制
基于上述设计思想，设计了套件的硬件电路，主要由核心板、母板、实验模块等部分组成。
2.1 核心板
核心板是该实验套件的主控制电路，主要包括了MSP430F6459单片机的最小系统、LED、按键以及电源电路。
单片机最小系统包括了复位电路、JTAG接口和两个外部晶振源，分别为32768Hz与4MHz；为提高程序执行效率，两个LED灯和两个按键均与单片机带中断功能的引脚相连；核心板上还单独提供了+5V转+3.3V的电源电路，可以实现核心板单独供电并外扩应用于创新设计中。
2.2 母板
母板设计了三类接插口，分别是单片机引脚接口、电源接口、固定模块接口，其中，单片机接口将按照其功能进行分类，对一些在接插时有顺序要求的接口作防反插设计，比如SPI、I2C。单片机接口的引出不仅满足了现有实验的需求，更能为外扩新模块提供丰富的硬件资源，充分调动学生自行设计电路的热情。
2.3 实验模块
实验模块包括了电源管理模块、电容和温度检测模块、电机调速与测速模块、称重模块、无线通信模块、音频模块和人机接口模块。电路设计充分考虑了工程应用中的两大要素――抗干扰能力和应用条件。实验模块通过直插式插针可在母板上进行自由插拔组合，不同模块的组合既能完成单片机的基本功能模块实验，也能完成各类综合性实验。这种工程化和模块化的设计方式大大提升了实验装置的开放性，提高了学生实践创新的能力[1]。
套件核心板与实验模块板硬件框图如图1所示：
3 软件研制
系统软件采用模块化的设计思想，各模块均由主监控程序统一调度，使得程序更加清晰易懂。设计的模块包括了初始化模块、中断模块、电容检测模块、温度检测模块、电流检测模块、电机调速与测速模块、频率检测模块、重量检测模块、触摸按键模块、液晶显示模块和音频驱动模块。软件框图如图2所示。
4 实验设计
基于上述硬件和软件设计，该套件设计了三类实验，主要内容如下：
（1）基本模块实验：I/O口实验、系统时钟实验、串行通信模块实验、模数转换实验等。
（2）综合实验：温度检测实验、频率检测实验、电流检测实验、直流电机调速实验等。
（3）传感器应用实验：电容检测实验、称重实验、直流电机测速实验等。
现以称重实验、电容检测实验以及频率测量实验为例作详细介绍。
4.1 称重实验
称重传感器选择应变片式传感器，其具有分辨力高、误差小、尺寸小、成本低等特点，在工程中得到广泛应用[2]。由于该电压信号微弱，理论上重量改变1g电压仅变化11uV，且受共模干扰严重，在实际工程中无法直接应用，因此，采用两级调理电路进行处理，第一级调理电路选择TI公司的仪表运放INA333，一方面通过改变电阻R74来设置放大倍数，本文设置为200倍放大，另一方面仪表运放与普通运放相比具有更强的抗共模干扰能力[3]。第二级调理电路加入有源滤波器去除高频噪声，最后与母板上的AD输入端口相连进行模数转换。称重模块的硬件原理图如图3所示。
通过称重实验掌握模拟数字转换器（ADC）的应用。称重实验的软件模块包括系统和片上AD初始化、采样信号读取、平均滤波、计算重量和液晶显示五部分。
4.2 电容检测实验
将核心板、电容数字转换模块、液晶模块组合，即可完成电容测量实验。其中，电容数字转换模块的核心为AD7745，该芯片可直接将电容传感器感应输出的电荷信号转换为数字信号，与母板上的I2C接口连接实现串口通信。为满足工程应用的需要，该模块进行了以下三点设计：第一，由于AD7745的犹测量范围有限，后级加入电容扩展电路，将测量的动态范围扩展至±20pF，实现宽信号范围的输入要求[4]；第二，AD7745实质上是一款24位模数转换器，因此，该电路属于模数信号混合电路，对该模块区分模拟地与数字地，最后通过磁珠实现单点接地。此外，采用屏蔽电缆和SMA插座实现电容传感器与测量电路的连接，防止电容信号在传输过程中受到严重的干扰[5]。第三，为了降低功耗，整个模块采用+3.3V电压供电。电容数字转换模块能对电容实现精确测量，且模块输入输出端均引出接口，可直接将其外扩应用于工程设计中。电容检测电路如图4所示。
电容检测实验的软件模块包括系统和外设初始化、数据读取、电容计算、液晶显示四部分。
4.3 频率检测实验
频率检测模块可以实现对输入的正弦波频率进行测量[6]，传统实验通常需要外加信号发生器实现，信号发生器体积大，不易携带，不利于满足学生随时学习的需要。因此，创新套件引入易派的EPI-m102型虚拟仪器，简化了硬件设备。由上位机控制的虚拟仪器产生正弦波。如图5所示。
输入的正弦信号经过直流偏置电路后，通过一款施密特触发器进行整形，输出的方波被单片机的定时器模块捕获测得频率。频率检测模块的硬件电路如图6所示。
频率检测实验的软件模块包括系统和定时器初始化、数据读取、转速计算、计算平均值四部分。
5 结束语
本文以MSP430单片机为控制核心，以综合、实践、创新为设计出发点，面向项目学习，研制了基于430单片机的实验套件。该实验套件上的模块能够实现自由地插拔组合，不同的组合可以实现不同的实验功能，且取得了良好的实验效果。套件为外部电路预留了大量功能引脚，学生可以设计新的模块来丰富实验电路，大大增强了对外扩展性，同时又提高了学生的创新设计能力和单片机应用能力。设计的实验模块充分考虑工程应用的需要。加入拟仪器具备波形产生、显示、采集等功能，简化了实验硬件需求。总体而言，该创新套件具有模块化、开放式、集成度高、易携带、适合项目学习的特点，非常适用于学生学习单片机以及创新设计。
参考文献：
[1]何苏勤，单惠瑜.DSP开放式教学实验系统的研究与应用[J].实验技术与管理，2009（07）：69-72.
[2]范占峰.称重传感器检测系统的设计与实现[D].电子科技大学，2013.
[3]WaltJung，等.运算放大器应用技术手册[M].张乐峰，张鼎，等译.北京：人民邮电出版社，2009.
[4]徐成林.基于边缘电场传感器的介电测量方法和系统研究[D].合肥工业大学，2013.
篇6
关键词 臭氧 高压放电 低功耗振荡
引 言
臭氧技术已在饮用水杀菌消毒、食品、空气净化、化工生产、医学等领域得到广泛应用， 因此臭氧生成装置的改进设计研究具有实用价值。国内外的臭氧生成装置多数采用板式、管式或单片机等较大电路模块，体积较大、成本高；多数生成的产物为臭氧气体，使用时需要把气体通入水中，再生成臭氧水以实现消毒。
本文针对高压放电（电晕放电）氧化空气生成臭氧的装置，通过创新设计双电路供电，配合低功耗振荡电路、低匝数变压器以及倍压整流电路，辅以控制电路、风扇排风系统和放电系统，克服传统臭氧生成装置模块庞杂的缺点，使臭氧生成装置的体积大为减小，并增加臭氧气体消毒、臭氧水消毒、臭氧水雾消毒应用控制模块，以达到臭氧生成模块微型化、电路灵活化和低功耗的效果。
1 主要设计思路
臭氧生成模块的核心在于臭氧生成电路，常见生成方法为高电压击穿空气中的氧气形成臭氧，其高压的产生有2种设计方式。
1.1 交流供电
采用220V交流市电，通过控制可控硅的导通与否形成振荡电流源，然后输入变压器产生高电压。这种输入220V交流电直接进行振荡的供电方式其优点在于：因输入端电压较高，变压器匝数较少，可以大大缩小变压器体积。但220V市电直接供电，其输入端只能是市电接口，而控制电路工作电压一般为5～24V，因而明显缺点是缺乏电路灵活性，单一的供电端又使得电路可控性差。
1.2 直流供电
采用5～24V直流电压供电，然后利用不同振荡方式，再由变压器产生高压。低压振荡产生方式包括：RC文氏桥振荡、RC分立元件多谐振荡、RC非门振荡、LC变压器反馈振荡、LC电感三点式振荡、LC电容三点式振荡、石英晶体振荡以及集成元器件振荡等。优点在于：选择余地大，可以按照要求制造出各种方便控制的电路，或者满足各种输入输出特性要求，满足多样化的需求。缺点在于：（1）供电前端输入电流小，需要更多匝数的变压器，导致电路体积增大；（2）为实现高效的可控性能，需要通过集成元件来处理，因此对电路的复杂程度要求高，并且电路功耗大。
若实现减小体积、降低功耗以及提高电路选择灵活性等要求，可采用以下方法：（1）采用12V直流电路供电和220V市电（交流电）双电路可选择模式，最大程度地提高电路灵活性；（2）采用低功耗振荡电路（LC变压器反馈振荡），它对电源的要求低，功耗小，虽然它的输出达不到集成元件的高性能和高可控，但已经满足臭氧发生器系统需求；（3）采用低匝数变压器感应出比较高的电压，再利用倍压整流获得大电压，倍压整流配合低匝数变压器，可以极大程度地降低电路体积和功耗。
2 电路具体设计
本设计基于模拟电子技术的硬件组成框图（见图1），它通过电源输入、振荡电路、升压电路、放电系统4个部分，以实现高电压对空气中的氧气进行击穿放电。各电路模块的具体设计如下。
2.1 电源电路
220V交流电源电路（见图2）。
12V直流电源输入以及工作指示电路（见图3）。12V电源由接口P2输出，其中2脚作为地，1脚作为+12V，C1作为储能或者滤波电容，其作用是滤除电源的高频噪声使电源更加稳定。另外，此电容还兼有储能作用，其值大小依据后级电路的电流要求决定。电阻R1作为分流电阻控制支路电流在0.01A，使指示灯作用的发光二极管D1能够正常发光。
2.2 振荡变压及放电保护电路设计
如图4所示，C6主要起滤波和储能作用。PNP晶体管Q2、电容C7、C8的电阻R8以及变压器T1的初级以及次级构成振荡电路，同时兼有升压作用。振荡的电压电流在升压变压器T1的次级感应出比较高的电压。升压倍数为50倍，即将12V的电压大约升为600V。
从变压器输出600V交流电压，经过D8～D19和C9～C20的12倍电压整流，产生7200V直流电压（见图5）。其机理主要是通过二极管调节，将电容C的储能在一定时间内同步释放，以达到高电压倍压目的，实现小电流的小功率整流。
倍压整流输出的高电压，经过R9～R12的串联限流后，输入放电装置，放电产生臭氧。该部分电阻起保护作用，倘若放电时人体不小心接触到放电针，在R9等大电阻的限流作用下，使流过人体的电流基本为零。根据分压原理，由于人体电阻远远小于该部分电阻，所以人体分得的电压极小，不足以造成损伤。
2.3 总电路设计
整个电路包括电源电路、振荡及变压电路、倍压和稳压整流电路及放电保护电路，以及定时工作电路，风扇驱动及接口电路，复位开关和电子开关电路等，还有外加放电系统和应用控制模块（见图6）。
本设计采用的PCB板面积为6.26cm×4.15cm，其4个角的4个焊盘用于支撑并固定抽气风扇，放电装置位于板的正中部，变压器位于板的右方中部黄色（见图7）方框内，时间调节滑变位另外，采用尖端放电，将PCB板中间掏空，3根放电极（直径0.6mm、长7mm的裸铜丝顶部磨尖）焊在连接倍压输出2个端口的铜箔条上（间距7mm左右），公共电极为一根直径1mm左右的裸铜丝，弯成门状并与横梁垂直的两端焊接在下面的铜箔条上。每一个放电电极尖端与公共电极相距2mm。通过这一设计进一步减少装置体积。
图8是3代臭氧生成模块印刷电路板比较图，自制第3代臭氧生成模块的印刷电路板（图中第3行）近似呈正方形，且电路布局非常紧凑，几乎无闲置空间。放电装置与风扇配合分装，使臭氧的产生与主电路模块分离，操作更便捷。
增加与臭氧气体、臭氧水、臭氧水雾对应的应用控制模块，3个模块可分别独立使用，进行臭氧气体消毒，臭氧水消毒和臭氧水雾消毒，也可以同时复合在一个系统中，形成臭氧复合消毒。其中臭氧水消毒模块主要应用于产生可以用于消毒使用的臭氧水或者可以直接饮用的臭氧水；臭氧水雾消毒模块主要应用于果蔬农药残留消毒。
实现产物多样化，能够同时生成臭氧水、臭氧水雾、臭氧气体，与传统臭氧生成系统单一的气体相比，扩展该装置使用范围。
3 应用结果测试
3.1 整个系统测试调试
新设计的臭氧生成模块安装前待检测的主要模块包括电压输入、振荡电路、升压电路以及放电系统。具体测试内容有硬件功能和放电功能测试。
硬件调试。首先不上电检查，查看印制线是否有断线、毛刺；焊盘有否脱落；过孔是否有未金属化现象等。用万用表检查连线或接点通断情况，电源线与地线是否短路。同时对所用到的元器件型号进行核对。然后上电，确定电路板各个芯片是否正常工作，各点电压是否符合设计要求。检查电路中电源端电压是否符合要求，固定电平的引脚端电平是否正确。在加电过程中还要时刻观察芯片或器件是否含有过热、冒烟等异常现象。如有异常应马上断电重新进行不上电检查。
放电功能测试在上述硬件测试完成的基础上进行。测试时，将检测器电路板上电源输入设定为12V。这时可以看到风扇转动，同时电源指示灯以及风扇指示灯亮。
3.2 臭氧生成浓度测试
对利用本装置产生的臭氧进行浓度测试，采用碘化钾滴定法，对臭氧气体取样，再将碘化钾溶液酸化，即用硫代硫酸钠标准溶液，以淀粉溶液为指示剂对游离碘进行滴定，根据硫代硫酸钠标准溶液的消耗量计算出臭氧浓度。
具体测量：取定量的20mL碘化钾溶液，然后用350 mL蒸馏水稀释。待臭氧生成系统运行稳定后，于气体出口处取样，待通入的气体达到一定量时（本实验测定选取时间5min，大约通入气体2000mL）马上加入硫酸，用硫代硫酸钠滴定。待生成黄色沉淀物后进行淀粉滴定，直至沉淀消失。采用如下公式计算
臭氧浓度 = 硫代硫酸钠体积数×硫代硫酸钠标准溶液浓度×臭氧气体取样气体。
经实测本装置臭氧浓度达到5.3mg/L，大于3mg/L，符合标准实验要求。
4 结论
在减小体积、降低能耗后，新设计系统所生成的臭氧浓度符合标准要求，并且具有双电源供电模式可灵活选择的优点，实现输出高电压、小功耗的效果，PCB板面积为6.26cm×4.15cm，整个体积不大；采用尖端放电，将PCB板中间掏空放置电极，这样的设计使装置体积减小。臭氧生成模块布局紧凑，臭氧的产生与主电路模块分离，操作更便捷。
参考文献
[1] David M. Nathan， Beverly Balkau， EnzoBonora， et al. International Expert Committee Report on the Role of A1C Assay in the Diagnosis of Diabetes. Diabetes Care， 2009， 32：1327-1334.
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[6] 张建新，杜双奎，何玉君，等. 无声放电平板式臭氧发生机杀菌效果研究[J]. 食品科技，2003，（8）：51-54.
篇7
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.
篇8
关键词：物质导电性；创新设计；应用价值
在中学实验教学过程中，现有的物质导电性教学实验装置，都是从实验的安全性考虑，采用的是36V以下电压。由于实验电压太低，电流过弱，实验的效果很不理想。例如，用现有实验装置无法检测天然水的导电性，甚至无法检测弱电解质溶液的导电性，如二氧化碳水溶液的导电性。由于该实验装置在设计上无法弥补的缺陷，使得一些原本导电的弱电解质无法显示导电能力成为“非电解质”，一些常见的导体(如人体的皮肤，潮湿的木棒)变成了“绝缘体”，给教学留下了不小的遗憾。针对上述试验装置存在的电压低、电流弱的缺陷，我们设计出一种用220V电源电压供电的导电性实验装置。该实验装置原理科学，外形美观，操作简单，使用方便，可视性强，可用于教师演示实验和学生分组实验，教学效果显著。现将物质导电性创新试验装置的电路原理、设计与制作、功能和用途以及使用方法等作一介绍。
一、实验装置原理
图1是我们最初设计的实验装置电路实物图。利用一副电极棒可以进行物质导电性实验。实验的原理是：电极插座与电灯串联，电极插头插入电极插座孔，当二电极与被测试物质接触，指示灯亮，则说明电路通路，被测试物质导电；指示灯不亮，则说明电路不通，被测试物质不导电。图1
二、实验装置的设计、制作
1.对试验过程的思考我们用图1的实验电路对天然水、食盐水、稀硫酸、氢氧化钠、无水酒精、稀氨水、浓氨水等物质进行导电性实验。将待测试的物质放在烧杯中逐一进行实验(如图2所示)。在实验的过程中，我们发现存在如下两方面的问题。(1)由于实验采用的是220V的电压，实验过程不小心触碰电极或接触导电的测试液都会发生触电，故试验中有触电的危险。(2)由于实验烧杯是临时实验容器，实验时电极浸入烧杯的液体中，每一项实验完成后都要清洗电极和烧杯，操作麻烦、费时。2.问题的解决方案针对问题1(实验中有触电的危险)，我们有如下的两种解决方案。(1)方案一在电路中设置一个漏电断路器。在零线和火线上设置一个双掷开关(闸刀开关)如图3所示，我们在电路的方框1的位置设置漏电断路器，在方框2的位置设置双掷开关。这样可避免在实验过程中因不小心或操作不当而发生的触电事故。根据图3的实物电路，我们设计并制作出如图4所示的物质导电性实验装置A。该装置A呈长方体(设计长24cm，宽18cm，高9cm)，电路元件布局合理，结构紧凑，装置外形美观。(2)方案二另一种防止实验触电的方案是在电路中安装一隔离变压器。只要将图4导电性实验装置A中安装的断路器用隔离变压器替代即可。这一方案简单易行，不失为一种好的选择方案。针对问题2(每一次实验后都要清洗电极，操作麻烦，费时太多)，我们设计如下的解决方案：一是将电极倒置；二是在盛测试液体的试验容器底部设置一个排液孔；三是倒置的电极和盛测试液体的实验容器为两个部件，两个部件装配在一起构成一个整体使用。利用上述方案，我们设计并制作了如图6所示的液体导电性实验容器。在做液体导电性实验时，将电极插头插入实验装置A的电极插座孔中，进行装置连接。现在我们用创新设计的液体导电性实验容器测试液体的导电性，再将用该装置的实验操作方法与改进前的实验操作来进行对比分析。改进前(如图5所示)，在做液体导电性实验时，烧杯是临时容器(待测试的液体放在烧杯中)，每做完一个测试都要清洗一次电极和烧杯，操作麻烦，耗时多。改进后的导电性实验装置B(如图6所示)，电极与实验容器组合在一起，每完成一个实验，打开排液阀，废液由试验容器下端排液孔直接排入废液缸，电极用纯净水清洗2~3遍，清洗后的液体由排液孔排入废液缸，接着就可以进行下一项试验。与原来实验方法比较，操作非常方便，大大节约了实验时间。因此，我们对物质导电实验装置进行了创新设计后，不仅解决了实验操作的安全问题，也解决了实验时清洗电极操作麻烦、费时太多的实际问题，明显地提高了课堂教学效率。最后，制作一副带插头的电极棒，一个固定实验容器的铁夹和铁杆(如图7、图8所示)，便于完成整个物质导电性实验装置的制作。利用该装置，可以进行固体物质和液体物质的导电性实验。
三、实验装置的特殊用途：显示化学反应进程
我们将实验装置的实验容器用做反应容器，当一个特定的化学反应发生时，根据实验容器内液体的导电性变化，即指示灯的明暗程度变化，可以判断化学反应的进程。例如，足量二氧化碳与澄清石灰水的反应。如图9所示，二氧化碳慢慢通入澄清石灰水中，起初发生的反应是：在反应过程中我们观察到2个现象：一是澄清的石灰水变浑浊，然后浑浊的液体又慢慢变清；二是指示灯由亮变暗直至熄灭，然后又开始慢慢变亮。显然，从现象一我们无法准确判断上述第一个反应在什么时刻完成。因为肉眼无法准确判断什么时候液体的浑浊度最大。而根据现象二可知，灯熄灭的这一瞬间正是第一个反应完成的时刻，也是后一个反应发生的时刻。上述反应过程液体的导电能力与通入二氧化碳量的关系可用图像直观表示(如图10所示)，该图像曲线底部最低处表示第一个反应的结束，第二个反应的开始；曲线平直部分表示第二个反应结束。图9图10因而，利用物质导电性实验装置，根据液体的导电能力变化，即指示灯的明暗程度变化，可以显示化学反应的进程。运用的又一个实例是硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液反应的导电现象(图像同图10)。CuSO4+Ba(OH)2=Cu(OH)2+BaSO4指示灯由亮变暗直至熄灭，指示灯熄灭的一瞬间，反应正好结束。
四、实验装置在科学探究中的运用
本实验装置可用于科学探究，例如：电流对(水生)动植物生长影响探究、鱼类抗击电流能力探究、电流对种子性状改变探究。实验时将选择的实验材料放入图11所示实验容器中进行实验。图11在实验时选择向水中加入适量的电解质、调整电极间的距离及换用不同功率的灯泡等方法控制电流大小。实验时我们还可以在电路中串联一灵敏电流计，用于测量实验时所控制的电流值，以便定量的分析电流大小对实验对象的影响。
五、结束语
篇9
电子实习教学的改革措施
目前在电子实习中，陆续采用并运用于实践教学，获得良好教学效果的经典教学案例有：可调式串联型直流稳压电源的原理、焊接与调试；简单收音机电路的原理、焊接与调试；自动水龙头控制电路的原理、焊接与调试；声光控节电开关电路的原理、焊接与调试；多功能数字液晶显示万用表的原理、焊接与调试；基于PT2262和PT2272数字编译码芯片的遥控发射接收电路的原理、焊接与调试等。学生“学练试创”，老师引导启发的教学模式。根据学生综合能力的培养过程，我们大致将整个实习过程分为学、练、试、创四个不同阶段。针对这四个阶段的特点，实习教师相应的调整教学重心和方式。学，主要是知识的学习与积累。这个阶段教师侧重于激发学生的兴趣和爱好，增强学生自主学习的能力。练，主要是知识的消化和吸收，培养学生观察、分析和解决问题的能力。这个阶段老师注意重点引导学生掌握电路模块的调试和故障诊断。试，主要是知识的运用和发现，在这个阶段老师要引导学生掌握和理解关键电路模块的基本原理、调试和排除故障。创，是实习的最后一个阶段，相比于前三个阶段，这个阶段对能力培养的要求更高。通过项目设计和团队协作培养学生的创新设计、交流沟通和团队协作能力。
这个阶段，实习老师注重和强调学生在团队中的表现，激发学生的创造性和潜能，并通过最后的答辩环节评定和考核项目实施中团队成员的表现。利用网络平台和多媒体技术，改进教学手段和方法。常用电子仪器仪表的使用、电子元器件辨识与检测等内容主要依靠实习指导教师在实训室里通过黑板教学讲解和实物操作演示，而焊接工具与焊接练习、电子产品的电路原理及焊接调试等实习教学内容则通过面对面、手把手的指导，让学生进行学习和操作。随着现代教育技术的发展，借助网络优势，在教学改革中，我们制作了实习教学多媒体课件和网络课程包，努力建设电子实习精品课程，实现教学资料网络共享，提高学生学习的自主性。运用图像、文字和视频相结合的多媒体手段，以丰富生动的教学形式激发学生的兴趣；通过网络资源共享和网上师生互动环节，来帮助学生有效便捷地预习教学内容和获取教学资源，拓宽教师和学生交流互动的渠道，从而提高教学质量和教学效果。基础与提高并重，个人与团队兼顾，综合考核学生。
为了更好评价学生的综合能力，需建立较为科学全面的评价标准来对学生电子实习表现进行考核。根据实习内容的教学安排，我们把整个电子实习内容的安排划分为四部分：基础、提高、设计和答辩。因此，学生的成绩评定也就综合了这四部分：基础部分（占30％），主要是培养学生个人的基础知识学习和基本技能训练。包括了解和掌握常用元器件的分类、规格、型号、辨识方法及选用原则等；掌握常用电子仪器仪表的工作原理、性能指标和使用方法；构思并在万用板上焊接一个具有独特个性的LOGO，作为自己电子作品的标志；直流稳压电路的焊接、调试及测量等。提高部分（占30％），安排一些较为复杂电路模块的原理、焊接、调试等作为实习的提高内容，主要培养学生独立观察问题、分析问题和解决问题的能力，为后续的设计阶段打下基础，包括双晶体管振荡电路、小型继电器控制电路、遥控发射接收测试电路的焊接与调试等内容。设计部分（占30％），在这个阶段，学生4或5人一组，自由组成团队，自主选择实习的设计项目，分工协作，共同努力，自主设计，独立调试，提交作品及设计报告，以团队的形式完成项目。答辩部分（占10％），最后团队推选一名成员，进行项目完成情况的陈述答辩。
改革后的教学效果
篇10
关键词城市轨道交通；信号系统；倒切电路；轨旁设备；分时复用
我国各个城市规模不同，导致规划的城市轨道交通线路长短不一。为减少城市轨道交通建设对市民出行的影响，部分城市针对长线路的处理方法是将一条长线路划分为若干子线路进行分期开通。一旦线路分期开通，就会面临先期开通工程和后期开通工程的线路贯通及系统贯通问题。武汉地铁4号线一期工程自武汉火车站站至武昌火车站站，2013年12月开通运营，共设信号设备集中站6座；二期工程自武昌火车站站至黄金口站，2014年12月开通运营，共设信号设备集中站5座。武昌火车站站为4号线一、二期工程的衔接站。武汉地铁4号线线路图如图1所示。图1武汉地铁4号线线路图在4号线一期线路信号系统中，将武昌火车站站设置为信号联锁集中站，其控制区域为武昌火车站站和梅苑小区站；当一、二期线路贯通后，武昌火车站站作为信号设备非集中站，其室内的集中站信号设备被拆除，武昌火车站站和梅苑小区站室外的信号设备由首义路集中站进行控制。在一、二期线路贯通调试期间，调试时段原一期线路武昌火车站站控制区的室外设备如转辙机、信号机、计轴等由首义路控制区进行控制，而运营时段这些室外设备由武昌火车站集中站进行控制，因此武昌火车站站和梅苑小区站的室外设备面临不同时段由2个集中站分别进行控制的情况。调试期间室外信号设备在2个不同的集中站之间频繁倒切，涉及到倒切的快速性及可靠性问题。常见的信号系统倒切方式为：调试前，人工在原有系统分线盘上将室外设备的室外电缆断开，然后将室外设备的电缆接入新系统的分线盘，实现新系统对室外设备的控制；调试结束后，将室外线缆接回既有分线盘恢复与原系统的连接。该倒切方式存在倒切速度慢、容易出错、效率低下等缺点。本文介绍一种快速、便捷、准确率较高的倒切方式，其在武汉地铁4号线一期工程和二期工程的贯通调试中获得了较好的倒切效果。
1转极电路及表示电路的设计
双稳态继电器具有2个稳定的状态，切断继电器励磁电路的电源，继电器接点的状态不会改变。双稳态继电器分为单线圈和双线圈双种，本文案例中采用双线圈双稳态继电器。在双线圈双稳态继电器中，当给一个线圈供电时，继电器处于导通状态，当给另一个线圈供电时，继电器返回到断开状态。在倒切电路中设计了新、旧信号系统转换确认开关和转换开关。转换确认开关和转换开关的工作原理图如图2所示。其中，转换确认开关用于确认是否需要转换，转换开关用于选择双稳态继电器的供电线圈。当设备需要转换时，转换确认开关拧至确认位置，转换开关拧至相应的位置选择双稳态继电器线圈，电路导通给双稳态继电器的线圈供电；当转换过程结束，断开转换确认开关（转换开关保持不变），切断双稳态继电器线圈的电源。双稳态继电器转极需要改变供电的励磁线圈，因此设置新、旧系统转换开关来改变双稳态继电器的线圈供电，从而改变双稳态继电器动作接点的极性。将双稳态继电器的前后接点分别与新、旧信号系统指示灯进行连接，可以清晰地显示目前是哪个信号系统处于工作状态。
2倒切电路的设计
设计倒切电路的目的，是为了2个集中站的信号系统分时复用室外信号设备，保证任何时刻只有1套室内信号系统控制室外设备，不会出现2套信号系统同时控制室外设备的情况。倒切开关继电器的接点与组合柜及分线柜的连接如图3所示，双稳态继电器的上接点、下接点分别与室内新、旧系统组合柜上相应设备连接线连接，中接点连接到分线柜上，从而与室外的计轴、转辙机、信号机等信号设备电缆相连接。当双稳态继电器的线圈1和线圈2分别励磁，继电器的中接点和前接点、后接点分别导通，共用室外设备的室外电缆分别连接至既有信号系统、新设信号系统。该倒切电路操作简单，能简洁有效地将一期信号系统和二期信号系统对室外公用信号设备的控制权进行快速倒切。为确保信号系统倒切安全，采用双稳态继电器N.S1-B-24-4.16.4。该继电器在低要求模式下的平均失效概率大于10-5且小于10-4，在高要求或连续操作模式下每小时危险失效概率大于10-9且小于10-8，因而达到SIL4安全等级要求。同时，转换确认开关和转换开关钥匙分别由具有不同操作权限的人员管理，只有当不同操作权限的人员均在场的情况下，才能实施新旧信号系统的倒切。
3结语
采用满足SIL4安全级别的双稳态继电器所设计的倒切电路已成功应用于武汉地铁4号线一、二期信号系统的贯通调试，并在调试过程中表现出安全性高、操作简洁的特点。该倒切电路提高了新、旧系统的倒切效率，有效降低了倒切错误率。
参考文献
［1］梁玉成.计算机联锁改造过渡工程施工技术［J］.铁路通信信号工程技术，2008（3）：58-60．
［2］文仁广.北京地铁8号线信号系统不停运切换设计［J］.铁路技术创新，2012（6）：14－16．
［3］杨安玉.城市轨道交通信号系统倒切电路设计［J］.铁道标准设计，2014（2）：98-100.
