电路设计的原理范文

导语：如何才能写好一篇电路设计的原理，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: 万用表 安装 调试 实习 原理分析

Abstract: In order to explore the multicenter installation practice and theory analysis for the higher institutions in the electrical and electronic practice teaching, as the multicenter design principle books reference, I analyze the design concepts and circuit features of the MF47-6 multicenter as the Ohm's law basic principle in the practice teaching. I analyze one by one the first circuit, DC current, voltage, AC voltage, resistance circuits, in order to facilitate students to better understand and master the multicenter installation practice and debug design principle. This article focuses on the analysis of the circuit and DC current meter.

Key words: multicenter; installation; commissioning; practice; principle analysis

中图分类号：TN108.7 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）

如图1是MF47-6万用表的电路图，它是由六个部分组成：表头显示部分、直流电压部分、直流电流部分、交流电压部分、电阻部分和晶体管测试部分。现将各部分剖析如下：

首先我们看图2、指针式万用表的基本测量原理图。

指针式万用表的基本原理，如图所示，它有表头、电阻测量档、直流电压测量档、直流电流测量档、交流电压测量档几个部分组成。图中SA为量程转换开关“一”为黑表棒，“+”为红标棒。测量直流电流时，外部电流从“+”表棒流进，“一”表棒流出，当测量直流电压时线路中用R2限流降压，当测量交流电压时线路中用VD二极管半波整流，经过电阻R3限流降压，再由表头显示出来。当测量电阻时在“+” “一”两表棒短路连接时校零，有内部小电池提供电流，使表头指针偏转到校零点。

具体电路分析如下：

一、表头演示部分

如图3所示表头为I表=46.2uA,(约2.3KΩ的表头动圈导线电阻)和WH2（500Ω）的可调电阻组成R表=2.5KΩ的表头内阻 (该表在调试时就是把表头的2.5KΩ调准确) 。二极管D3、D4和C1（10uF）并联在2.5KΩ表头的两端。电容C1（10uF）起到平稳电流吸收脉冲的作用，二极管起到电压过高电流过大时的正反双向保护作用。R21和WH1组成表头的分流电路。

根据并联电路电压相等的原理由计算得出R21和WH1上的分流电流I分为：46.2 uA乘2.5K= 30K乘I分，由此可以得出I分的电流为3.85 uA。此时表头电流的总电流为I表并=46.2+3.85=50.05 uA，取50. uA。 同时可以算出此时的并联电阻为R表并=（2.5K乘3 0K）÷（30K+2.5K）=2.31K。故等效表头并联电阻为R表并=2.31K，表头等效并联电流I表并=50.uA，如图3所示。

我们再看图3正常满度电流时，表头两端的电压U表是多少？U表=U并=I表乘R表=I并表乘电阻R并表= 50 uA乘2.31K =115.5mV=0.1155V。此电压降远远小于硅二极管的正向导通电压0.6—0.7 V的值，所以D3、D4不导通 ，如图4所示；图4是二极管导通特性曲线。当万一电路接错使表头电压大于等于二极管的正向导通电压0.6—0.7V时，二极管D3、D4导通泄流，因此起到双向保护表头的作用。

二、直流电流档电路的分析

如图5所示，此时表头为50 uA，内阻为2.31K再和R22=2.69K串联，组成刚好为5K的电阻，我们把它叫做R表串=5KΩ，这时表头电流还是I表并=I表串=50 uA，这时表头电压降取名为U表串；U表串=R表串乘I表串=5K乘5 0 uA=250mV=0.25V。 所以当：

2.1三层电刷的量程开关转到直流电流DCmA0.05 mA（50 uA）档时，（电流全部流进表头50 uA）既能测量直流电流0.05mA（50 uA），又能测0.25V的电压降。

2.2电流表是根据并联电阻扩大分流电流达到扩大电流表的量程的原理设计的（下同），当量程开关转到DCmA0.5档时：电阻R4与表头R表串=5KΩ并联分流。同时我们知道此时

流过表头的电流刚好设计为50 uA，内阻为5kΩ，分流电流应该为：500 uA—50 uA=450 uA，根据并联分流电压相等的原理（下同）；则450 uA乘R4=50 uA乘5K。由此可以计算得出R4=555Ω。我们的分析和电路图上电阻一致。

2.3同理：当量程开关转到DCmA5 mA档时：R3与表头R表串=5KΩ分流，分流电流是：5000uA—50uA=4950uA，则4950uA乘R3=50uA乘5K，所以R3=50.5Ω。分析也和实际一样。

2.4当量程开关转到DCmA50 mA档时：R2与表头R表串=5KΩ分流，分流电流是：50000uA—50uA=49950uA，则49950uA乘R2=50uA乘5K，所以R2=5Ω，功率取1/2瓦。

2.5当量程开关转到DCmA500mA档时：用R1+ R29二个电阻串联起来看做是一个电阻与表头R表串=5KΩ分流，分流电流是：500000uA—50uA=499950uA，则499950uA乘（R1+ R29）=50uA乘5K，因此500 mA档的分流电阻理论计算为0.5005Ω，实际R1+R29=0.44Ω+0.05Ω=0.49Ω。其中缺少了0.0105Ω；（要是把R1做成0.45Ω的话R1+R29=0.45Ω+0.05Ω=0.50Ω比理论计算0.5005Ω只有少了0.0005Ω 这样误差为很小；但是电阻阻值是国家有标称值的规定，不是生产厂家、使用单位、设计者自己可以任意决定的，为了优先保证后面5A档时用0.05Ω的电阻，所以这里只能选择用R1=0.44Ω的电阻、可能就是这个原因吧？）少去的0.0105Ω我们估且把它看作是接触电阻存在的缘故吧。

该表的设计误差精确度直流电流0.05mA—500mA档为2.5，5A档时为5。我们知道分流电阻减小分流电流增加电流测量值偏小、为负误差，我们可以来看一下误差为：0.0105Ω/0.5005Ω= 0.020979=0.021，小于百分之二点一即误差为2.1；符合设计要求小于2.5。

2.6 5A档时（5000000—50）乘R29=50 uA乘（5K+0.44Ω），所以R29=0.05Ω ，这里电阻刚刚好。设计者的高明之处在于把5 00 mA档的分流电阻0.5005分为的R1+R2=0.44+0.05=0.49Ω。其R29=0.05Ω正好为测量5A档分流所用；而5A档测量时要把档位放在500mA档，负表棒不变，正表棒从R29右边5A插空直接，用R29直接分流大电流，避免了量程开关的接触电阻对大电流测量的影响。

三、调试说明

该表在没有校试设备的情况下，可用数字万用表校准，方法如下：

焊好表头引线正端，数字万用表拨至20K档，红表棒接A点，（把表头引线负端从线路板上断开），黑表棒接表头引线负端，调可调电阻WH2，使电阻显示值刚好为理论设计值2.5KΩ，（温度为20℃），调好后焊好表头引线负端。调试就完成了。只要装配没有错误，通过上述方法，本表基本能校准，但是有条件者最好用数字校验台校试。

参考文献：万用表检测应用实例/韩广兴等编著。—北京：电子工业出版社，2007.5 ISBN 978-7-121-03993-5

看图识用万用表/门宏编著。—北京：电子工业出版社，2011.1（看图识电子系列丛书） ISBN 978-7-121-12195-1

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一、用伏安法测电阻

实验器材：待测电阻R，定值电阻R、 电源、电流表、电压表，滑动变阻器，开关两个，线导若干。

1.用内接法测量

（1） 实验电路图如图1所示

（2）实验步骤：

a.闭合开关S和S调节滑动变阻器，记录电流表和电压表的示数为I和U。

b.断开S，调节滑动变阻器R′，记录电流表和电压表的示数为I和U。

（3）数据处理：

由步骤α有：U=I(R+R)，

由步骤b有：U=I(R+R+R)。

解上面两式得待测电阻R=-。

2.用外接法测量

（1）实验电路如图2所示

（2）实验步骤：

α闭合开关S，断开S调节滑动变阻器R′，记录电流表和电压表的示数为I和U。

b再闭合开关S调节滑动变阻器，记录电流表和电压表示数为I和U。

（3）数据处理

由步骤α有：I=+，

由步骤b有：I=++。

解上面两式得待测电阻R=。

二、用伏安法测电源电动势和内阻。

1.实验器材：待测电源，电流表、电压表、滑动变阻器、单刀单掷开关S，单刀双掷开关S，导线若干。

2.实验电路图如图3所示。

3. 实验步骤

（1） 闭合开关S，将S，置于α，调节滑动变阻器R，记录电流表和电压表的示数为I和U。再次调节滑动变阻器R，记录电流表和电压表的示数为I和U。

（2） 将开关S置于b，调节滑动变阻器R，记录电流表和电压表的示数为I和U，再次调节滑动变阻器R，记录电流表和电压表的示数为I和U。

4.数据处理

由步骤（1）可列出：E=U+I(r+R)…①

E=U+I(r+R)…②

由步骤（2）可列出：E=U+(I+)r…③

E=U+(I+)r…④

由①、②两式可得电动势E=…⑤

由③、④、⑤可得内阻r=。

三、测小灯泡的功率

1.实验器材：电源，小灯泡（额定电压为U），电流表，电压表，定值电阻，滑动变阻器，开关两个，导线若干。

2.实验电路图如图4所示。

3.实验步骤：

（1） 闭合开关S ，断开S ，调节滑变阻器R，使电 压表上的示数为小灯泡的额定电压U，记录电流表上的示数为I 。

（2）再闭合开关S ，调节滑动变阻器R，合电压表上的示数为小灯泡的额定电压U，记录电流表上的示数为L。

4.数据处理：

由步骤（1）有：I=I+I…①，

由步骤（2）有：I=I+I…②，

由两式可得通过灯泡的电流为I = I－ I，小灯炮的功率为P=UI=U（I－I）。

由上面对各实验的数据处理方法和结果可以看出，在处理数据时考虑了电流表和电压表的内阻R和R，但结果都不含有R和R。这样通过对实验电路的巧妙设计，就有效地消除了伏安法测量中原理上的误差。

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关键词：DF100KWPSM短波发射机；调制器控制器；过荷计数；计数计时电路

在进行100KW的PSM调制器进行控制器的多次过荷负载计数中，其中计时电路的工作原理以及其主要的工作电路，根据向相应的分析数据，进行监控保护，从而保障正常的工作运行。针对这些问题，文章进行一些简要的分析。

1 PSM的简单论述

DF100KWPSM的短波发射机，在进行相对应的防止运行中出现故障损坏元器件，其过程中，采用多种检测和维护手段进行相对应的措施维护，从而保证在进行的一系列整改中，完成我们的维护组建工作。而在整改的过程中，DF100KWPSM在进行波频检测中，针对倒差数值进行综合统计，这样在完成原有的调制任务同时，也进行故障排查和维护工作，从而将信号进行调制过荷计数统计。

2 N次过荷计数计时电路

在进行整个电路的分析工作中，针对PSM的调制控制器装置进行多次过荷计算，主要通过基本电路进行统配调整控制，如图1所示。

图1中，单刀双执开关S1为自动掉高压开关，加入我们在进行这个进程中，出现超过负荷三次，就应该切换开关到3号接触位置，从而保证整个工作运行中的安全。而当电压U30在配置过程中，出现了相对于3号位置的电极对应时，也应该将U31A与U31B环城稳定处罚集成电压统配，这样在完成定时器的工作任务中，也可以完成电压稳流的任务。针对DF100KWPSM的工作任务，通过检测器的边缘检测逻辑电平，然后进行分析，其中的具体操作如表l所不。

在进行负荷故障保护中，如果机器的负荷过大，那么整体的控制电路中所表现出的信号Y，就0.5S的低电脉冲会导致输入到U30的端口CPO出现相对应的时钟信号。而在进行这一项操作的同时，也会导致输入U31A的B的端口出现QB的低压脉冲出现一些轻微的紊乱，而这种现象一般都会维持100S左右。如表1中所显示的一样，在进行电压U30的13#和15#端口的低电平输入中，因为其中的RESET数值为零，这样端口100S的计数就属于有效状态。而在进行U31A的电量输出中，因为和AQ.相反，且因为其为高电平，所以在进行Y信号恢复中，就可能导致过负荷现象出现。边缘检测器，主要就是针对U32的四个象限非门组成，其中的输入信号主要来自于U27的10#端口。工作检测中，可进行高电平和低电平的选择。

在针对高功率切换低功率的过程中，边缘检测器在进行输出脉冲为负值时，脉冲宽度为1500s，而这样就使的U31B中的数值出现了B=QB=U31A，而这些数据表明，在整体上CT2=0，而根据定时量U31B的设置，我们也可以针对零信号中可以持续0.22s进行分析。当高电平信号驱使U30清零以后，其主要的原因就是100s后RESET的复位功能作用，这个时候边缘检测器的负脉冲输出，由于延时影响，就可能针对整体的单极触发调节，从而保证在工作中，能够正常运行。

而在进行高位电平处理中，由于高功率换低功率运行中，会导致U28A的信号从1#调整到2#，所以在进行这项操作中，假使过负荷值出现三次，那么就可能出现相应的断开，这样就会导致边缘检测器上的显示出现0的数值。这样就保护了整个工作的安全性。当在进行高压切换低压的过程中，如果功率不能够及时的调整，那么面板上的数值也会出现相应的浮动，而由于高压断开后其中的数值成为了Q2=Q3=1，而基本上仍保持不变，但是低压功率此时若也出现三次过负荷，那么就会导致整体的边缘检测器输出低于正常的低电平脉冲，从而无法准确的反映出电路中的精确问题，而面板显示器上也只能自动清零。

在进行这一系列的改进中，如果机组内部的局部问题，都可能导致一些不必要的麻烦，这个时候就需要进行人工的复位处理。而在进行人工的复位工作中，也应该进行RESET的排检，从而保证在进行相应的触发端修正调理，保证整个工作的有序进行。在进行人工复位中，应该按照相应的规定进行问题排查，通过观察Q2，Q3，Q4，Q5的具体指示灯来进行信号的控制，进而将任务完成。

4 高功率短波发射机的安全保护

在进行短波发射机调制控制中，因为要不断的进行高压低压的转变，这就对机体的性能等要求严格了些。而为了保证其整体的安全性能，在进行相应的保护中，比较突出还是对发射机的故障预查分析、主机热备份保护以及天线连锁保护三项基本措施。

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关键词：集成电路专业；实践技能；人才培养

中图分类号：G642.0 文献标志码： A 文章编号：1002-0845（2012）09-0102-02

集成电路产业是关系到国家经济建设、社会发展和国家安全的新战略性产业，是国家核心竞争力的重要体现。《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》明确将集成电路作为新一代信息技术产业的重点发展方向之一。

信息技术产业的特点决定了集成电路专业的毕业生应该具有很高的工程素质和实践能力。然而，目前很多应届毕业生实践技能较弱，走出校园后普遍还不具备直接参与集成电路设计的能力。其主要原因是一些高校对集成电路专业实践教学的重视程度不够，技能培养目标和内容不明确，导致培养学生实践技能的效果欠佳。因此，研究探索如何加强集成电路专业对学生实践技能的培养具有非常重要的现实意义。

一、集成电路专业实践技能培养的目标

集成电路专业是一门多学科交叉、高技术密集的学科，工程性和实践性非常强。其人才培养的目标是培养熟悉模拟电路、数字电路、信号处理和计算机等相关基础知识，以及集成电路制造的整个工艺流程，掌握集成电路设计基本理论和基本设计方法，掌握常用集成电路设计软件工具，具有集成电路设计、验证、测试及电子系统开发能力，能够从事相关领域前沿技术工作的应用型高级技术人才。

根据集成电路专业人才的培养目标，我们明确了集成电路专业的核心专业能力为：模拟集成电路设计、数字集成电路设计、射频集成电路设计以及嵌入式系统开发四个方面。围绕这四个方面的核心能力，集成电路专业人才实践技能培养的主要目标应确定为：掌握常用集成电路设计软件工具，具备模拟集成电路设计能力、数字集成电路设计能力、射频集成电路设计能力、集成电路版图设计能力以及嵌入式系统开发能力。

二、集成电路专业实践技能培养的内容

1.电子线路应用模块。主要培养学生具有模拟电路、数字电路和信号处理等方面的应用能力。其课程主要包含模拟电路、数字电路、电路分析、模拟电路实验、数字电路实验以及电路分析实验等。

2.嵌入式系统设计模块。主要培养学生掌握嵌入式软件、嵌入式硬件、SOPC和嵌入式应用领域的前沿知识，具备能够从事面向应用的嵌入式系统设计能力。其课程主要有C语言程序设计、单片机原理、单片机实训、传感器原理、传感器接口电路设计、FPGA原理与应用及SOPC系统设计等。

3.集成电路制造工艺模块。主要培养学生熟悉半导体集成电路制造工艺流程，掌握集成电路制造各工序工艺原理和操作方法，具备一定的集成电路版图设计能力。其课程主要包含半导体物理、半导体材料、集成电路专业实验、集成电路工艺实验和集成电路版图设计等。

4.模拟集成电路设计模块。主要培养学生掌握CMOS模拟集成电路设计原理与设计方法，熟悉模拟集成电路设计流程，熟练使用Cadence、Synopsis、Mentor等EDA工具，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事模拟集成电路设计的能力。其课程主要包含模拟电路、半导体物理、CMOS模拟集成电路设计、集成电路CAD设计、集成电路工艺原理、VLSI集成电路设计方法和混合集成电路设计等。此外，还包括Synopsis认证培训相关课程。

5.数字集成电路设计模块。主要培养学生掌握数字集成电路设计原理与设计方法，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事数字集成电路设计的能力。其课程主要包含数字电路、数字集成电路设计、硬件描述语言、VLSI测试技术、ASIC设计综合和时序分析等。

6.射频集成电路设计模块。主要培养学生掌握射频集成电路设计原理与设计方法，具备运用常用的集成电路EDA软件工具从事射频集成电路设计的能力。其课程主要包含CMOS射频集成电路设计、电磁场技术、电磁场与

天线和通讯原理等。

在实践教学内容的设置、安排上要符合认识规律，由易到难，由浅入深，充分考虑学生的理论知识基础与基本技能的训练，既要有利于启发学生的创新思维与意识，有利于培养学生创新进取的科学精神，有利于激发学生的学习兴趣，又要保证基础，注重发挥学生主观能动性，强化综合和创新。因此，在集成电路专业的实验教学安排上，应减少紧随理论课开设的验证性实验内容比例，增加综合设计型和研究创新型实验的内容，使学有余力的学生能发挥潜能，有利于因材施教。

三、集成电路专业实践技能培养的策略

1.改善实验教学条件，提高实验教学效果。学校应抓住教育部本科教学水平评估的机会，加大对实验室建设的经费投入，加大实验室软、硬件建设力度。同时加强实验室制度建设，制订修改实验教学文件，修订完善实验教学大纲，加强对实验教学的管理和指导。

2.改进实验教学方法，丰富实验教学手段。应以学生为主体，以教师为主导，积极改进实验教学方法，科学安排课程实验，合理设计实验内容，给学生充分的自由空间，引导学生独立思考应该怎样做，使实验成为可以激发学生理论联系实际的结合点，为学生创新提供条件。应注重利用多媒体技术来丰富和优化实验教学手段，如借助实验辅助教学平台，利用仿真技术，加强新技术在实验中的应用，使学生增加对实验的兴趣。

3.加强师资队伍建设，确保实验教学质量。高水平的实验师资队伍，是确保实验教学质量、培养创新人才的关键。应制定完善的有利于实验师资队伍建设的制度，对实验师资队伍的人员数量编制、年龄结构、学历结构和职称结构进行规划，从职称、待遇等方面对实验师资队伍予以倾斜，保证实验师资队伍的稳定和发展。

4.保障实习基地建设，增加就业竞争能力。开展校内外实习是提高学生实践技能的重要手段。

实习基地是学生获取科学知识、提高实践技能的重要场所，对集成电路专业人才培养起着重要作用。学校应积极联系那些具有一定实力并且在行业中有一定知名度的企业，给能够提供实习场所并愿意支持学校完成实习任务的单位挂实习基地牌匾。另外，可以把企业请进来，联合构建集成电路专业校内实践基地，把企业和高校的资源最大限度地整合起来，实现在校教育与产业需求的无缝联接。

5.重视毕业设计，全面提升学生的综合应用能力。毕业设计是集成电路专业教学中最重要的一个综合性实践教学环节。由于毕业设计工作一般都被安排在最后一个学期，此时学生面临找工作和准备考研复试的问题，毕业设计的时间和质量有时很难保证。为了进一步加强实践环节的教学，应让学生从大学四年级上半学期就开始毕业设计，因为那时学生已经完成基础课程和专业基础课程的学习，部分完成专业课程的学习，而专业课教师往往就是学生毕业设计的指导教师，在此时进行毕业设计，一方面可以和专业课学习紧密结合起来，另一方面便于指导教师加强对学生的教育和督促。

选题是毕业设计中非常关键的环节，通过选题来确定毕业设计的方向和主要内容，是做好毕业设计的基础，决定着毕业设计的效果。因此教师对毕业设计的指导应从帮助学生选好设计题目开始。集成电路专业毕业设计的选题要符合本学科研究和发展的方向，在选题过程中要注重培养学生综合分析和解决问题的能力。在毕业设计的过程中，可以让学生们适当地参与教师的科研活动，以激发其专业课学习的热情，在科研实践中发挥和巩固专业知识，提高实践能力。

6.全面考核评价，科学检验技能培养的效果。实践技能考核是检验实践培训效果的重要手段。相比理论教学的考核，实践教学的考核标准不易把握，操作困难，因此各高校普遍缺乏对实践教学的考核，影响了实践技能培养的效果。集成电路专业学生的实践技能培养贯穿于大学四年，每个培养环节都应进行科学的考核，既要加强实验教学的考核，也要加强毕业设计等环节的考核。

对实验教学考核可以分为事中考核和事后考核。事中考核是指在实验教学进行过程中进行的质量监控，教师要对学生在实验过程中的操作表现、学术态度以及参与程度等进行评价；事后考核是指实验结束后要对学生提交的实验报告进行评价。这两部分构成实验课考核成绩，并于期末计入课程总成绩。这样做使得学生对实验课的重视程度大大提高，能够有效地提高实验课效果。此外，还可将学生结合教师的科研开展实验的情况计入实验考核。

7.借助学科竞赛，培养团队协作意识和创新能力。集成电路专业的学科竞赛是通过针对基本理论知识以及解决实际问题的能力设计的、以学生为参赛主体的比赛。学科竞赛能够在紧密结合课堂教学或新技术应用的基础上，以竞赛的方式培养学生的综合能力，引导学生通过完成竞赛任务来发现问题、解决问题，并增强学生的学习兴趣及研究的主动性，培养学生的团队协作意识和创新精神。

在参加竞赛的整个过程中，学生不仅需要对学习过的若干门专业课程进行回顾，灵活运用，还要查阅资料、搜集信息，自主提出设计思想和解决问题的办法，既检验了学生的专业知识，又促使学生主动地学习，最终使学生的动手能力、自学能力、科学思维能力和创业创新能力都得到不断的提高。而教师通过考察学生在参赛过程中运用所学知识的能力，认真总结参赛经验，分析由此暴露出的相关教学环节的问题和不足，能够相应地改进教学方法与内容，有利于提高技能教学的有效性。

此外，还应鼓励学生积极申报校内的创新实验室项目和实验室开放基金项目，通过这些项目的研究可以极大地提高学生的实践动手能力和创新能力。

参考文献：

[1]袁颖，等.依托专业特色，培养创新人才[J]. 电子世界，2012（1）.

[2]袁颖，等.集成电路设计实践教学课程体系的研究[J]. 实验技术与管理，2009（6）.

[3]李山，等.以新理念完善工程应用型人才培养的创新模式[J]. 高教研究与实践，2011（1）.

[4]刘胜辉，等.集成电路设计与集成系统专业课程体系研究与实践[J]. 计算机教育，2008（22）.

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关键词：集成电路设计；本科教学；改革探索

作者简介：殷树娟（1981-），女，江苏宿迁人，北京信息科技大学物理与电子科学系，讲师；齐臣杰（1958-），男，河南扶沟人，北京信息科技大学物理与电子科学系，教授。（北京 100192）

基金项目：本文系北京市教委科技发展计划面上项目（项目编号：KM201110772018）、北京信息科技大学教改项目（项目编号：2010JG40）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）04-0064-02

1958年，美国德州仪器公司展示了全球第一块集成电路板，这标志着世界从此进入到了集成电路的时代。在近50年的时间里，集成电路已经广泛应用于工业、军事、通讯和遥控等各个领域。集成电路具有体积小、重量轻、寿命长和可靠性高等优点，同时成本也相对低廉，便于进行大规模生产。自改革开放以来，我国集成电路发展迅猛，21世纪第1个10年，我国集成电路产量的年均增长率超过25%，集成电路销售额的年均增长率则达到23%。我国集成电路产业规模已经由2001年不足世界集成电路产业总规模的2%提高到2010年的近9%。我国成为过去10年世界集成电路产业发展最快的地区之一。伴随着国内集成电路的发展，对集成电路设计相关人员的需求也日益增加，正是在这种压力驱动下，政府从“十五”计划开始大力发展我国的集成电路设计产业。

在20世纪末21世纪初，国内集成电路设计相关课程都是在研究生阶段开设，本科阶段很少涉及。不仅是因为其难度相对本科生较难接受，而且集成电路设计人员的需求在我国还未进入爆发期。我国的集成电路发展总体滞后国外先进国家的发展水平。进入21世纪后，我国的集成电路发展迅速，集成电路设计需求剧增。[1]为了适应社会发展的需要，同时也为更好地推进我国集成电路设计的发展，国家开始加大力度推广集成电路设计相关课程的本科教学工作。经过十年多的发展，集成电路设计的本科教学取得了较大的成果，较好地推进了集成电路设计行业的发展，但凸显出的问题也日益明显。本文将以已有的集成电路设计本科教学经验为基础，结合对相关院校集成电路设计本科教学的调研，详细分析集成电路设计的本科教学现状，并以此为基础探索集成电路设计本科教学的改革。

一、集成电路设计本科教学存在的主要问题

在政府的大力扶持下，自“十五”计划开始，国内的集成电路设计本科教学开始走向正轨。从最初的少数几个重点高校到后来众多相关院校纷纷设置了集成电路设计本科专业并开设了相关的教学内容。近几年本科学历的集成电路设计人员数量逐渐增加，经历本科教学后的本科生无论是选择就业还是选择继续深造，都对国内集成电路设计人员紧缺的现状起到了一定的缓解作用。但从企业和相关院校的反馈来看，目前国内集成电路设计方向的本科教学仍然存在很多问题，教学质量有待进一步提高，教学手段需做相应调整，教学内容应更多地适应现阶段产业界发展需求。其主要存在以下几方面问题。

首先，课程设置及课程内容不合理，导致学生学习热情降低。现阶段，对于集成电路设计，国内的多数院校在本科阶段主要开设有如下课程：“固体物理”、“晶体管理”、“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”（各校命名方式可能有所不同）等。固体物理和晶体管原理是方向基础课程，理论性较强，公式推导较多，同时对学生的数学基础要求比较高。一方面，复杂的理论分析和繁琐的公式推导严重降低了本科生的学习兴趣，尤其是对于很多总体水平相对较差的学生。而另外一方面，较强的数学基础要求又进一步打击学生的学习积极性。另外，还有一些高等院校在设置课程教学时间上也存在很多问题。例如：有些高等院校将“固体物理”课程和“半导体器件物理”课程放在同一个学期进行教学，对于学生来说，没有固体物理的基础就直接进入“晶体管原理”课程的学习会让学生很长一段时间都难以进入状态，将极大打击学生的学习兴趣，从而直接导致学生厌学甚至放弃相关方向的学习。而这两门课是集成电路设计的专业基础课，集成电路设计的重点课程“模拟集成电路设计”和“数字集成电路设计”课程的学习需要这两门课的相关知识作为基础，如果前面的基础没有打好，很难想象学生如何进行后续相关专业知识的的学习，从而直接导致学业的荒废。

其次，学生实验教学量较少，学生动手能力差。随着IC产业的发展，集成电路设计技术中电子设计自动化（Electronic design automatic，EDA）无论是在工业界还是学术界都已经成为必备的基础手段，一系列的设计方法学的研究成果在其中得以体现并在产品设计过程中发挥作用。因此，作为集成电路设计方向的本科生，无论是选择就业还是选择继续深造，熟悉并掌握一些常用的集成电路设计EDA工具是必备的本领，也是促进工作和学习的重要方式。为了推进EDA工具的使用，很多EDA公司有专门的大学计划，高校购买相关软件的价格相对便宜得多。国家在推进IC产业发展方面也投入了大量的资金，现在也有很多高等院校已经具备购买相关集成电路设计软件的条件，但学生的实际使用情况却喜忧参半。有些高校在培养学生动手能力方面确实下足功夫，学生有公用机房可以自由上机，只要有兴趣学生可以利用课余时间摸索各种EDA软件的使用，这对他们以后的工作和学习奠定了很好的基础。但仍然还有很多高校难以实现软件使用的最大化，购买的软件主要供学生实验课上使用，平时学生很少使用，实验课上学到的一点知识大都是教师填鸭式灌输进去的，学生没有经过自己的摸索，毕业后实验课上学到的知识已经忘得差不多了，在后续的工作或学习中再用到相关工具时还得从头再来学习。动手能力差在学生择业时成为一个很大的不足。[2]

再者，理工分科紊乱，属性不一致。集成电路设计方向从专业内容及专业性质上分应该属于工科性质，但很多高校在专业划分时却将该专业划归理科专业。这就使得很多学生在就业时遇到问题。很多招聘单位一看是理科就片面认为是偏理论的内容，从而让很多学生错失了进一步就业的好机会。而这样的结果直接导致后面报考该专业的学生越来越少，最后只能靠调剂维持正常教学。其实，很多高校即使是理科性质的集成电路设计方向学习的课程和内容，与工科性质的集成电路设计方向是基本一致的，只是定位属性不一致，结果却大相径庭。

二、改革措施

鉴于目前国内集成电路设计方向的本科教学现状，可以从以下几个方面改进，从而更好地推进集成电路设计的本科教学。

1.增加实验教学量

现阶段的集成电路本科教学中实验教学量太少，以“模拟集成电路设计”课程为例，多媒体教学量40个学时但实验教学仅8个学时。相对于40个学时的理论学习内容，8个学时的实验教学远远不能满足学生学以致用或将理论融入实践的需求。40个学时的理论课囊括了单级预算放大器、全差分运算放大器、多级级联运算放大器、基准电压源电流源电路、开关电路等多种电路结构，而8个学时的实验课除去1至2学时的工具学习，留给学生电路设计的课时量太少。

在本科阶段就教会学生使用各种常用EDA软件，对于增加学生的就业及继续深造机会是非常必要的。一方面，现在社会的竞争是非常激烈的，很少有单位愿意招收入职后还要花比较长的时间专门充电的新员工，能够一入职就工作那是最好不过的。另一方面，实验对于学生来说比纯理论的学习更容易接受，而且实验过程除了可以增加学生的动手操作能力，同样会深化学生对已有理论知识的理解。因此，在实践教学工作中，增加本科教学的实验教学量可以有效促进教学和增进学生学习兴趣。

2.降低理论课难度尤其是复杂的公式推导

“教师的任务是授之以渔，而不是授之以鱼”，这句话对于集成电路设计专业老师来说恰如其分。对于相同的电路结构，任何一个电路参数的变化都可能会导致电路性能发生翻天覆地的变化。在国际国内，每年都会有数百个新电路结构专利产生，而这些电路的设计人员多是研究生或以上学历人员，几乎没有一个新的电路结构是由本科生提出的。

对于本科生来说，他们只是刚刚涉足集成电路设计产业，学习的内容是最基础的集成电路相关理论知识、电路结构及特点。在创新方面对他们没有过多的要求，因此他们不需要非常深刻地理解电路的各种公式尤其是复杂的公式及公式推导，其学习重点应该是掌握基础的电路结构、电路分析基本方法等，而不是纠结于电路各性能参数的推导。例如，对于集成电路设计专业的本科必修课程――“固体物理”和“晶体管原理”，冗长的公式及繁琐的推导极大地削弱了学生的学习兴趣，同时对于专业知识的理解也没有太多的益处。[3]另外，从专业需要方面出发，对于集成电路设计者来说更多的是需要学生掌握各种半导体器件的基本工作原理及特性，而并非是具体的公式。因此，减少理论教学中繁琐的公式推导，转而侧重于基本原理及特性的物理意义的介绍，对于学生来说更加容易接受，也有益于之后“模拟集成电路”、“数字集成电路”的教学。

3.增加就业相关基础知识含量

从集成电路设计专业进入本科教学后的近十年间本科生就业情况看，集成电路设计专业的本科生毕业后直接从事集成电路设计方向相关工作的非常少，多数选择继续深造或改行另谋生路。这方面的原因除了因为本科生在基本知识储备方面还不能达到集成电路设计人员的要求外，更主要的原因是随着国家对集成电路的大力扶持，现在开设集成电路设计相关专业的高等院校越来越多，很多都是具有研究生办学能力的高校，也就是说有更多的更高层次的集成电路设计人才在竞争相对原本就不是很多的集成电路设计岗位。

另外一方面，集成电路的版图、集成电路的工艺以及集成电路的测试等方面也都是与集成电路设计相关的工作，而且这些岗位相对于集成电路设计岗位来说对电路设计知识的要求要低很多。而从事集成电路版图、集成电路工艺或集成电路测试相关工作若干年的知识积累将极大地有利于其由相关岗位跳槽至集成电路设计的相关岗位。因此，从长期的发展目标考虑，集成电路设计专业本科毕业生从事版图、工艺、测试相关方向的工作可能更有竞争力，也更为符合本科生知识储备及长期发展的需求。这就对集成电路设计的本科教学内容提出了更多的要求。为了能更好地贴近学生就业，在集成电路设计的本科教学内容方面，教师应该更多地侧重于基本的电路版图知识、硅片工艺流程、芯片测试等相关内容的教学。

三、结论

集成电路产业是我国的新兴战略性产业，是国民经济和社会信息化的重要基础。大力推进集成电路产业的发展，必须强化集成电路设计在国内的本科教学质量和水平，而国内的集成电路设计本科教学还处在孕育发展的崭新阶段，它是适应现代IC产业发展及本科就业形势的，但目前还存在很多问题亟待解决。本文从已有的教学经验及调研情况做了一些分析，但这远没有涉及集成电路设计专业本科教学的方方面面。不过，可以预测，在国家大力扶持下，在相关教师及学生的共同努力下，我国的集成电路设计本科教学定会逐步走向成熟，更加完善。

参考文献：

[1]王为庆.高职高专《Protel电路设计》教学改革思路探索[J].考试周刊,2011,(23).

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近年来，我国电子技术获得突飞猛进发展，新型元器件和集成电路得以广泛应用，电集成化与复杂化显然已成为新时期电路设计的发展趋势。为更好满足当代电路设计需求，利用电子线路CAD技术取代传统的手工操作很有必要。在电子线路CAD技术的辅助下，电路设计的精密度将获得可靠保障。电子线路CAD技术的应用，其实是电路设计者在电路设计理论上具有可行性的基础上，通过计算机绘图、设计软件等工具，完成实际的设计工具。在电子线路CAD技术的帮助下，电路设计工作的效率与质量均将得以显著提升。目前，电子线路CAD技术在电子设计中的应用主要包括以下内容：

1.1电路图的设计。作为电子设计中的重要环节，设计结构完善、功能全面的电路图很有必要，这是确保电子设计最终产物能够正常使用的根本保障。在电子设计者进行电路原理图的设计工作时，完全可以借助Protel工具，实现原理图的输入。Protel蕴藏着资源丰富的电子器件库，在Protel的辅助下，设计者在绘图期间能够结合设计需求，灵活使用各类电子器件，大大简化了设计的工作量，同时提高了电路原理图的精密度。譬如，使用者绘制完成元器件后，可以根据自己的想象，将其放在任何一个位置，仅需通过拖动就能实现，无需进行其他调整参数等操作。

1.2模拟数据。电子线路CAD技术还能起到模拟数据的作用，以便设计者根据模拟电路运行产生的数据，检验电路设计有无异常。同时，可结合模拟数据，对电路进行更深层次的分析。Protel软件本身自带多种模拟功能，设计者可通过模拟功能的运用，对电子设计在通电情况下的温度、瞬态、灵敏度等情况有一个初步的了解，以确保该电路的功能是否达到预期效果。另外，还可利用数据模拟，了解电路各环节的运行情况，以便设计者及时察觉线路异常，并尽快采取措施进行调整。

1.3设计PCB板。利用Protel软件，将电路设计图进行布线，最终形成的电路板即为PCB板。PCB板的设计，离不开电路原理图的导入，而电路原理图的导入工作，势必需要借助Protel软件的数据模拟功能。同时，为确保PCB板的设计达到理想效果，电路原理图与PCB板中的各类元器件的电气特点务必要保持一致。只有这样，设计者才能借助Prote软件的布线功能完成布线工作，并在后期，通过人工调整的方式，进一步改善布线工作的效果，使电路布线更加精确、整洁。

2运用电子线路CAD技术提高电子设计课程教学质量的有效建议

电子线路CAD课程是一门理论与实际结合性很强，具有一定实践性的新兴课程，是当代电子信息技术专业的核心课程之一。电子线路CAD课程的主要目的，是帮助锻炼学生PCB板的设计能力，能够结合设计需要，完成各种类型的PCB板布局与布线。作为电子信息技术专业的高职学生，务必要掌握：CAD软件的应用能力、原理图绘制能力、原理图元件制作能力。PCB板设计能力、新元件封装制作能力、单面PCB板设计与编辑。双面PCB板设计与编辑，并了解一定的有关多层PCB板设计与编辑以及电子线路仿真知识。结合电子线路CAD技术在电子设计中的应用情况来看，为能有效完成电子线路设计工作，全面落实电子线路CAD技术的教学很有必要。然而，从目前教学工作开展情况来看，在高职电子设计课程的教学工作中，电子线路CAD技术的应用并没有达到理想效果。学生在对电子线路CAD技术始终无法真正掌握电子线路CAD技术，也不能通过灵活应用该技术，顺利完成电子设计工作。学生对该技术的学习，往往只是停留在对理论知识的理解，对实践操作方面的内容，多呈现出临时性记忆的特点，一旦离开教师的辅导或一定时间未接触，就会出现无从下手的情况。针对这一问题，结合发达国家成功经验，发现运用以行动为向导的项目教学法效果更佳。告知电子设计课程在教学过程中，应遵循以下基本原则：

（1）先整体后具体。在开展CAD技术的教学工作时，教师应提前对该技术的应用价值与学习意义进行介绍，告知学生这一知识要点的学习难度与学习目的，使学生做好充分的心理准备后，再进行各项目的教学与实践；

（2）循序渐进。学生初步接触CAD技术时，教师注意引导学生进行简单尝试，带领学生运用该技术进行难度系数低的电子设计，然后不断增减难度，由浅入深，加强学生运用该技术的能力。比如说，相较于高频电子产品，低频电子产品的电路设计更为简单，教师在带领学生进行学习时，应从低频电子产品的设计入手，待学生完全掌握操作技能后，再逐渐转向高频电子产品的电路设计；

（3）鼓励创新。在使用CAD技术进行电子设计时，教师应在学生CAD技术掌握到一定程度时，鼓励学生积极创新，进一步增强学生电子线路CAD技术应用的灵活性；

（4）要求学生将理论落实到实践。子在学生运用CAD技术完成电子设计任务时，教师应要求学生将设计转化为成品，而不是停留在电脑的设计。将设计转化为成品，能有效激发学生学习成就感，使学生更加直观的感受到CAD技术的魅力，今后愿意更加专注地投入学习。

3结束语

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关键词：电子电路设计教学；软件实际应用

随着计算机技术的发展进步，计算机软件的开发应用发展空间也越来越广阔。计算机软件对于电子线路设计而言，其重要性不言而喻，可提供给电路设计更合理的参数方案，无论是教学应用中亦或社会应用中，均占有极高的比重和地位。目前，已有诸多设计者在设计和研究电路的过程中，利用电脑仿真技术来分析调试电路设计，充分证实计算机软件是实现电子电路设计的关键工具。

一、电子电路设计教学和计算机软件的发展现状

在计算机技术迅猛发展的当前，几乎任何行业的发展都离不开计算机软件的开发利用，特别是电子电路设计领域，应用各类计算机软件进行电路设计既快捷便利，又能有效验证电子线路的功能及连接。而随着计算机软件的普及应用，其类型功能等越来越完善，也得到了广泛的认可。在实际的电路设计中，无论设计亦或搭建线路，都需要电路图绘制、结构调动、电路及元件设计等电子领域共同参与，这就表明需要用到的计算机类型也不尽相同，也是促进计算机软件完善发展的内在动力。

目前，我国大多数高校开设的电子电路设计课程主要以“理论+实践”为主，这种课程模式提供给学生学习电路设计更广阔的发展空间。而使用计算机软件辅助教学，让学生掌握软件使用方法，可利于学生通过软件工具设计电子电阻，搭建和调试其线路。在电路设计教学中应用辅助软件，最具有代表性的实例即模拟电子技术实验教学，其不但能使学生获得基础性知识，通过课堂的实践练习更加深入认知电路设计和仿真软件应用，也可在课程后期实践中，更进一步融合电子电路知识与软件知识。从这个角度来看，进行电子电路教学，对电路设计结合计算机软件意义非凡，也是我国电子电路技术发展的基础前提。

二、电子电路设计教学中辅助软件的应用

（一）Portues软件的应用

目前，在电子电路设计的教学中，Portues软件的应用较为普遍，此软件具有强大的辅助设计功能，作为仿真教学软件之一，在科技水平大幅度提高的今天，逐渐受到电子电路专业师生的青睐。Portues软件的应用需通过在界定页面演示后，根据仿真实验结果所得结论制定或优化相关解决方案。这种仿真模式能提高软件利用效率，得出一系列仿真波形和图像，实现更深入的修改。通常来说，在传统的设计过程中，设计者需要将初始的原理图做成实际测试版进行调试，发现问题后，需要进行电路板的修改和完善。使用该软件则可避免这一环节，只要通过该软件就能分析原始电子电路设计，并自动生成其研究结果。从这个角度来说，该软件具有操作便利、功能全面的优势，并及时调整电子电路设计过程中产生的数据，在学生实训实验的过程中，也有利于解决电子电路设计教学中的问题。同时，该软件的检测手段更科学，可完全取代传统落后检测模式，且能够大大降低实验成本，对提高教学效率减少设计时间作用巨大。

（二）CAD软件的应用

CAD软件在电子电路设计教学中的应用，与其他软件相比具有研究不同图像的特点，在教学中应用相对广泛。而在电子电路教学不断发展的今天，该软件不但有利于电路制图，也有益于核算相关数据和绘制几何图形。教师在利用该软件进行电子电路设计教学时，可根据电子电路设计类型的不同，展示不同设计的方案及措施。而且，学生利用该软件进行实践，可了解到电子电路设计中的各种问题，并更便捷快速地解决面临的问题，使学生在实践中不断累积经验，提高自身动手能力及解决问题的能力，进而避免这些问题对教学的干扰。另外，CAD软件本身拥有元件整理库，故能在教学中设置电子电路设计的相关元件，还能直接及时地给出解决电路设计中所存问题的方案。在教学中利用该软件辅助，可有效减少制作原理图像的时间，使学生深刻记忆制作设计的图像。但需要注意一点，即教师要详细说明模拟元件与真实元件的区别，以免学生在实践操作中受到不安全因素的威胁。

（三）EWB软件的应用

EWB软件是技术型仿真软件，其中涉及大量高科技元件与电路模型。从仿真软件角度来说，EWB软件的使用功能十分强大，能够进行整体的电子电路分析，并可提出相关问题。该软件与其他软件相比，更具适用性，可以实现不同的电子电路设计。因此，当教师利用该软件辅助教学时，应注重强调其不同所在，既要让学生充分利用软件主要功能，也要了解相关拓展功能。例如，系统的扫描分析电子电路形式时，该软件在仿真各种函数的同时，也可模拟电路生成。另外，在学生利用软件中涉及的高科技元件和功能完善原始电子电路设计的过程中，教师应详细地向学生介绍并解释相关软件的生成，以确保学生能够全面掌握软件使用方法，进而开展高效的学习。在电子电路设计中只有不断了解EWB软件，将其全面融入其中才能展现其精准程度与时效性。

三、结束语

通过上文分析可知，辅助软件应用于电子电路设计教学中，无疑是对电路设计和功能检测教学方法的最佳补充。教师在备课期间，应对各种辅助软件运用特点进行合理比较，以便择取更具备教学价值的软件进行教学，实现对电路参数的全面讲解，培养学生独到电力工程设计见地，进而为其将来就业发展奠定良好基础。

参考文献：

[1]李叶明.浅析Multisim仿真软件在电子电路实验教学中的运用[J].都市家教（上半月），2015，（4）：268-268.

[2]顾玲芙.各类软件在电子电路设计教学中的运用[J].电子制作，2013，（20）：132-132.

[3]顾学俊.分析各类软件在电子电路设计教学中的应用[J].电子测试，2015，（7）：130-131，122.

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关键词： 继电接触器控制系统 主体思路 方法

1.引言

对电动机或其他电气设备的通断，当前国内较多地采用继电接触器控制器件。秦曾煌教授编写的《电工技术》第十章“继电接触器控制系统”就是讲解本知识。本文就讲授本章知识的主体思路和方法进行探讨，以期提高学生的学习效率［1］。

2.直接起动电路设计

继电接触器控制系统的讲解要偏重实践。在课堂教学的时候，首先以直接起动电机为例进行讲解。对于小功率的电机，常常采用如图1―1的方法起动，其中L1，L2，L3为三相电，M为电机，QS为机械式开关，FU为熔断器。对于QS、FU的理解，可以让同学们参照家里面的闸刀开关和保险丝进行学习掌握。

图1-1所示电路在不停电的场合可以正常使用，但是如果停电，则电机停止运转，突然来电则自行起动运转，带来安全隐患。此外，对于大功率的电机，起动时还要采取各种方法降低启动电流，因此需要对电路进行扩展。另外，对于使用机械开关直接控制也不够方便，因此经常使用如图1―2所示电路进行直接启动。其中FR为热继电器，主要提供过载保护，与FU不同在于，FU主要提供短路保护。图1―2电路的主要改进在于引入了按钮SB和交流接触器KM。下面介绍SB及KM的工作原理。

按钮的工作机理在于弹簧的作用力，如图1―3所示，当按下按钮帽后，断开常闭触头，接通常开触头。当松开手后，靠弹簧力的作用，常开触头重新断开，常闭触头重行闭合，完成一次电路的通断。

接触器相当于对按钮进行了改进，如图1―4所示，下面黑色的环体代表线圈，只要给线圈通电，即产生磁力，磁力克服弹簧力，吸引弹片向下，使常闭触头断开，常开触点闭合。当线圈断电，靠弹簧力的作用，常开触头重新断开，常闭触头重行闭合，完成一次电路的通断。

只要对照图形理解元器件作用，就能很快理解图1―2的原理，因此对继电接触器控制系统就有了一个基础的理解。

3.正反转电路设计

首先介绍正反转电路的主电路。正反转电路的主电路无非是实现正传和反转，根据电动机的原理，只需调换两根相线即可。因此主电路如图2―1所示。

对于正反转的控制电路，实则是两路的直接启动控制线路。即如图2―2所示。其运行方式为正传―停止―rc 转。图2―2虽然简单，但可能会误操作，adk 正传―反转，则会引起短路。因此加入互锁环节，如图2―3所示，这样，电路的工作方式还是正传―停止―反转，但不会出现短路的情况。但是这种设计仍然不能采用直接正反转，因此使用复合按钮设计如图2―4的控制线路，可以完成直接的正反转。

在这里需要注意两个方面的问题：不可让线圈串联，因为串联分压，可能使电磁铁磁力不够。此外，对于接触器和按钮的常开和常闭触头，需要注意先断开后闭合的问题。

4.行程控制电路设计

电机正反转能够让电动小车前行和后退，因此加入检测元件进行行程控制。此处选择检测元件为行程开关，行程开关的原理和按钮类似。压下去就成反态，离开就恢复原态。

电动小车往复控制主电路与正反转主电路一样，这一点容易理解。

难点在于控制电路如何设计。使用行程开关触点取代按钮，但为了前行启动，又能后行启动，因此将行程开关触点和按钮并联，如图3所示。图中，ST为行程开关。

5.时间控制电路设计

时间控制电路设计来讲，主要是使用时间继电器完成延时控制。时间继电器的工作原理为，延时动作，即得电延时和失电延时，对应的线圈亦不一样。

以星型―三角型降压启动电路的设计，讲解时间控制。

主电路的设计依据星型三角型联接方式即可得到，如图4―1，其控制电路的设计可以由正反转电路演化而来。

正反转电路中的正转可以当做是星型启动，反转是三角型运行。因此只需将反转启动按钮换成时间继电器的延时触点即可。

时间继电器的延时触点有了位置，则要摆放线圈位置，线圈可与星型启动的线圈并联。则基本的电路设计完毕。

设计好后，需要改进电路。延时动作完成，电动机三角型正常运转后，需要切断延时线圈，因此加入互锁控制。经过改进后的电路如图4―2所示。

6.结语

本文分析了继电接触器控制系统讲解的主体思路和方法。设计有两条思路：串并联思路、特殊功能触点取代按钮。此思路是贯穿整个继电接触器控制设计的讲授，这一点一定要和同学们讲清楚，以便其以后开展自行设计。讲解本章知识，切忌直接给图，让同学们读图进行理解。以上方法为个人教学总结，以期能对讲授本章知识提供参考。

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2001年我国新增“集成电路设计与集成系统”本科专业，2003年至2009年，我国在清华大学、北京大学、复旦大学等高校分三批设立了20个大学集成电路人才培养基地，加上原有的“微电子科学与工程”专业，目前，国内已有近百所高校开设了微电子相关专业和实训基地，由此可见，国家对集成电路行业人才培养的高度重视。在新形势下，集成电路相关专业的“重理论轻实践”、“重教授轻自学轻互动”的传统人才培养模式已不再适用。因此，探索新的人才培养方式，改革集成电路设计类课程体系显得尤为重要。传统人才培养模式的“重理论、轻实践”方面，可从课程教学学时安排上略见一斑。例如：某高校“模拟集成电路设计”课程，总学时为80，其中理论为64学时，实验为16学时，理论与实验学时比高达4∶1。由于受学时限制，实验内容很难全面覆盖模拟集成电路的典型结构，且实验所涉及的电路结构、器件尺寸和参数只能由授课教师直接给出，学生在有限的实验学时内仅完成电路的仿真验证工作。由于缺失了根据所学理论动手设计电路结构，计算器件尺寸，以及通过仿真迭代优化设计等环节，使得众多应届毕业生走出校园后普遍不具备直接参与集成电路设计的能力。“重教授、轻自学、轻互动”的传统教学方式也备受诟病。课堂上，授课教师过多地关注知识的传授，忽略了发挥学生主动学习的主观能动性，导致教师教得很累，学生学得无趣。

2集成电路设计类课程体系改革探索和教学模式的改进

2014年“数字集成电路设计”课程被列入我校卓越课程的建设项目，以此为契机，卓越课程建设小组对集成电路设计类课程进行了探索性的“多维一体”的教学改革，运用多元化的教学组织形式，通过合作学习、小组讨论、项目学习、课外实训等方式，营造开放、协作、自主的学习氛围和批判性的学习环境。

2．1新型集成电路设计课程体系探索

由于统一的人才培养方案，造成了学生“学而不精”局面，培养出来的学生很难快速适应企业的需求，往往企业还需追加6～12个月的实训，学生才能逐渐掌握专业技能，适应工作岗位。因此，本卓越课程建设小组试图根据差异化的人才培养目标，探索新型集成电路设计类课程体系，重新规划课程体系，突出课程的差异化设置。集成电路设计类课程的差异化，即根据不同的人才培养目标，开设不同的专业课程。比如，一些班级侧重培养集成电路前端设计的高端人才，其开设的集成电路设计类课程包括数字集成电路设计、集成电路系统与芯片设计、模拟集成电路设计、射频电路基础、硬件描述语言与FPGA设计、集成电路EDA技术、集成电路工艺原理等；另外的几个班级，则侧重于集成电路后端设计的高端人才培养，其开设的集成电路设计类课程包括数字集成电路设计、CMOS模拟集成电路设计、版图设计技术、集成电路工艺原理、集成电路CAD、集成电路封装与集成电路测试等。在多元化的培养模式中，加入实训环节，为期一年，设置在第七、八学期。学生可自由选择，或留在学校参与教师团队的项目进行实训，或进入企业实习，以此来提高学生的专业技能与综合素质。

2．2理论课课堂教学方式的改进

传统的课堂理论教学方式主要“以教为主”，缺少了“以学为主”的互动环节和自主学习环节。通过增加以学生为主导的学习环节，提高学生学习的兴趣和学习效果。改进措施如下：

（1）适当降低精讲学时。精讲学时从以往的占课程总学时的75％～80％，降低为30％～40％，课程的重点和难点由主讲教师精讲，精讲环节重在使学生掌握扎实的理论基础。

（2）增加课堂互动和自学学时。其学时由原来的占理论学时不到5％增至40％～50％。

（3）采用多样化课堂教学手段，包括团队合作学习、课堂小组讨论和自主学习等，激发学生自主学习的兴趣。比如，教师结合当前本专业国内外发展趋势、研究热点和实践应用等，将课程内容凝练成几个专题供学生进行小组讨论，每小组人数控制在3～4人，课堂讨论时间安排不低于课程总学时的30％［3］。专题内容由学生通过自主学习的方式完成，小组成员在查阅大量的文献资料后，撰写报告，在课堂上与师生进行交流。课堂理论教学方式的改进，充分调动了学生的学习热情和积极性，使学生从被动接受变为主动学习，既活跃了课堂气氛，也营造了自主、平等、开放的学习氛围。

2．3课程实验环节的改进

为使学生尽快掌握集成电路设计经验，提高动手实践能力，探索一种内容合适、难度适中的集成电路设计实验教学方法势在必行。本课程建设小组将从以下几个方面对课程实验环节进行改进：

（1）适当提高教学实验课时占课程总学时的比例，使理论和实验学时的比例不高于2∶1。

（2）增加课外实验任务。除实验学时内必须完成的实验外，教师可增设多个备选实验供学生选择。学生可在开放实验室完成相关实验内容，为学生提供更多的自主思考和探索空间。

（3）提升集成电路设计实验室的软、硬件环境。本专业通过申请实验室改造经费，已完成多个相关实验室的软、硬件升级换代。目前，实验室配套完善的EDA辅助电路设计软件，该系列软件均为业界认可且使用率较高的软件。

（4）统筹安排集成电路设计类课程群的教学实验环节，力争使课程群的实验内容覆盖设计全流程。由于集成电路设计类课程多、覆盖面大，且由不同教师进行授课，因此课程实验分散，难以统一。本课程建设小组为了提高学生的动手能力和就业竞争力，全面规划、统筹安排课程群内的所有实验，使学生对集成电路设计的全流程都有所了解。

3工程案例教学法的应用

为提升学生的工程实践经验，我们将工程案例教学法贯穿于整个课程群的理论、实验和作业环节。下面以模拟集成电路中的典型模块多级放大器的设计为例，对该教学方法在课程中的应用进行详细介绍。

3．1精讲环节

运算放大器是模拟系统和混合信号系统中一个完整而又重要的部分，从直流偏置的产生到高速放大或滤波，都离不开不同复杂程度的运算放大器。因此，掌握运算放大器知识是学生毕业后从事模拟集成电路设计的基础。虽然多级运算放大器的电路规模不是很大，但是在设计过程中，需根据性能指标，谨慎挑选运放结构，合理设计器件尺寸。运算放大器的性能指标指导着设计的各个环节和几个比较重要的设计参数，如开环增益、小信号带宽、最大功率、输出电压（流）摆幅、相位裕度、共模抑制比、电源抑制比、转换速率等。由于运算放大器的设计指标多，设计过程相对复杂，因此其工作原理、电路结构和器件尺寸的计算方法等，这部分内容需要由主讲教师精讲，其教学内容可以放在“模拟集成电路设计”课程的理论学时里。

3．2作业环节

课后作业不仅仅是课堂教学的巩固，还应是课程实验的准备环节。为了弥补缺失的学生自主设计环节，我们将电路结构的设计和器件尺寸、相关参数的手工计算过程放在作业环节中完成。这样做既不占用宝贵的实验学时，又提高了学生的分析问题和解决问题的能力。比如两级运算放大器的设计和仿真实验，运放的设计指标为：直流增益＞80dB；单位增益带宽＞50MHz；负载电容为2pF；相位裕度＞60°；共模电平为0．9V（VDD＝1．8V）；差分输出摆幅＞±0．9V；差分压摆率＞100V／μs。在上机实验之前，主讲教师先将该运放的设计指标布置在作业中，学生根据教师指定的设计参数完成两级运放结构选型及器件尺寸、参数的手工计算工作，仿真验证和电路优化工作在实验学时或课外实训环节中完成。

3．3实验环节

在课程实验中，学生使用EDA软件平台将作业中设计好的电路输入并搭建相关仿真环境，进行仿真验证工作。学生根据仿真结果不断优化电路结构和器件尺寸，直至所设计的运算放大器满足所有预设指标。其教学内容可放在“模拟集成电路设计”或“集成电路EDA技术”课程里［4］。

3．4版图设计环节

版图是电路系统和集成电路工艺之间的桥梁，是集成电路设计不可或缺的重要环节。通过集成电路的版图设计，可将立体的电路系统变为一个二维的平面图形，再经过工艺加工还原为基于硅材料的立体结构。两级运算放大器属于模拟集成电路，其版图设计不仅要满足工艺厂商提供的设计规则，还应考虑到模拟集成电路版图设计的准则，如匹配性、抗干扰性以及冗余设计等。其教学内容可放在课程群中“版图设计技术”的实验环节完成。通过理论环节、作业环节以及实验的迭代仿真和版图设计环节，使学生掌握模拟集成电路的前端设计到后端设计流程，以及相关EDA软件的使用，具备了直接参与模拟集成电路设计的能力。

4结语

篇10

【关键词】CDIO 《电路设计软件》 教学改革

1 引言

作为通信、电子及其相关专业课程体系中的核心课程，《电路设计软件》的特点是集理论性和实践性于一体。课程教学的目的是要求学生既要掌握电路设计软件的基本操作方法，又要具备PCB设计的基本能力。在传统教学中，教师往往注重软件的基本操作过程，以至于忽略了学生工程设计能力的培养。通过对电子科技大学成都学院（以下称本院）通信工程系2012级～2013级的15名学生进行问卷调查，结果显示，其中12名学生对软件操作的流程非常熟悉，然而，一旦涉及让学生独立设计简单项目，却仅仅只有4人能够独立开展。由此可知，传统的教学方式已经不再适应时代的人才需求，完善当前的教学方法势在必行。随着社会对大学生动手能力的要求越来越高，CDIO的工程教学模式被许多高校广泛采用。大量案例证明，该模式对于提升学生的动手能力和创新能力都是行之有效的。因此，在《电路设计软件》课程中，拟采用该教学方式进行实践。

2 课程特点分析

《电路设计软件》是一门以实验教学为主的课程，主要的教学内容包括：电路设计软件的使用方法、工程项目的开发流程等。因此，课程教学的首要任务是让学生熟悉软件的操作方法。然而，该环节并非教学的主要目的，仅仅只能作为课程教学的初级目标。而实际工程项目中，掌握电路设计的能力和方法，熟悉基础的设计原理与规范至关重要，故教学中也应该将重心放在该环节中。所以，培养学生的实际工程设计能力，既是教学重点，也是教学难点。针对该难点，拟采取从实际项目出发，让学生参与到电路设计的工程项目中，主动探索问题、发现问题、解决问题，从而达到提升理论知识水平、提高强动手能力的目的。

3 基于CDIO的教学改革方案

CDIO工程教育模式的本质是让学生在“做中学”和“学中做”。因此，在教学培养方案的修订中，必须针对课程的不同知识点，开展各级项目。本课程的实例项目体系如图1所示。

图1 电路设计软件课程实例项目体系

3.1电路设计软件操作基础教学

基础教学是本院《电路设计软件》CDIO教学中的首要环节。具体的教学措施是实例引入，即在实验中将相应的知识点都用实例来说明，如电路原理图设计、报表的生成、pcb版图创建以及布线操作等。通过对各个实例的亲自操作，让学生便能够掌握软件操作基本方法。同时，为培养学生的团队意识，拟采用分组教学模式，将学生按照3～5人分组，每组配合完成每次的课堂操作练习实例。考虑学生基础问题，这些实例的选择首先是基于实际工程案例，同时兼顾学生入门要求，对难度进行控制，详细描述实例的工程应用状况，让学生明白要做什么，在做什么。针对每个实例操作相应地对每组学生进行分数评定。在实验操作过程中，对普遍出现的问题进行集中讲解，个别错误一对一讨论，以这种方式确保学生对实例的理解以及操作的掌握，为后续教学过程打好基础。

3.2电路设计技巧教学

技巧教学集中在电路设计技巧进阶，目的是让学生在掌握了软件操作技巧之后，能够更进一步对电路原理与相对高级的设计技巧有一定了解，为下一板块即项目任务板块打好基础。在传统教学中，这一部分内容往往被忽视，而在实际的工程实践中，要能够设计出满足性能要求的电路板，该方面的能力是必需的。因此，在教学中要引入一定的电路设计理论教学模块，从而培养学生创新设计能力，主要包含软件高级操作技巧，元件相关高级编辑技巧，PCB布局技巧，PCB布线技巧。同时以分组方式对各组成员完成情况进行成绩评定。在电路设计领域，设计技巧难度差异非常大。本部分教学内容经过精挑细选，力求在展示设计高级技巧的同时，全面贴合学生的实际基础水平，以“项目讲座”到“自学提高”模式，充分激发学生自我专研精神与学习兴趣，从而培养学生电路设计的实践能力。

3.3电路设计项目任务教学

贴合学生实际，精选出完整的项目任务。让学生团队完成从需求分析、方案制定，到设计出图、产品调试、成品交付的整个实际产品流程。教学内容包含分组选题与任务下达、方案讨论与定型以及资料收集整理与原理图设计、pcb版图设计布局布线、项目验收与考核。项目选择贴合专业方向，体现工程实际需求，以难度为基准进行项目分集，分为一级项目、二级项目以及三级项目。学生团队可以根据自己的基础情况进行选题，同时鼓励学生创新思路，自主提出项目研究方向，充分激发学生自我专研精神，培养学生实践开发能力。

3.4 考核形式的多样化

CDIO教学模式主要体现在让学生感受工程项目实践的过程。因此，传统的以单一上机考试成绩为评定标准的考核形式应当弱化，取而代之的是将单一成绩转变为综合成绩评定，即项目实施中的每个环节都参与到考核中。例如，在电路设计中，针对学生的原理图设计的合理性，进行阶段性的成绩评定，并以一定比例纳入总成绩。本院的《电路设计软件》课程中，成绩分布比例拟修订为：期末成绩比重为40%，考核方式为上机考试;平时成绩分为三个部分：软件基础部分15%，软件设计技巧部分15%，项目任务部分30%。

4 教学案例分析

以本院13级通信工程专业两个班为教学测试对象，为方便比较，将其定义为A班和B班。测试时间为2014―2015学年第2期。教学模式的选择上，A班沿用传统模式、B班则采用CDIO教学模式。最终，两个班都以一个含耦合电感电路的简单项目设计仿真为测试题目。学生的最终成绩，由4名本系电气工程专家根据项目完成质量，进行综合评定。考核具体情况如图2所示。

图2. A班与B班最终成绩对比

由图2可知，在实施CDIO教学模式后，B班学生在高分段、良好段以及合格段均全面高于传统模式下的A班。由此可以证明，该课程CDIO教学方案的措施，是能够促进教学质量大幅度提高的，值得推广。

5 结语

在《电路设计软件》课程教学中，引入CDIO教学模式，能够有效地培养学生钻研能力，培养学生的创造性思维，提升学生的实践动手能力。在未来的教学中，该教学模式还需要不断完善，因此，教师还需精心设计各个环节的实例与项目任务，从多个方面介绍设计软件操作、设计技巧、工程实践需求等方面，力求让学生的能力得到不断提高。

【参考文献】

[1]魏雄，陆玲.OrCAD和PADS Layout电路设计与实践[M].西安：西安电子科技大学出版社， 2010.