“電磁兼容技術”課程案例導入式教學實踐

劉述喜,雷紹蘭,李 山,張 蓮

(重慶理工大學電氣工程與自動化系,重慶400050)

隨著電子技術、計算機技術及電力電子技術的廣泛應用,電磁兼容(EMC)設計已成為當今任何一項工程設計中的一個重要的組成部分[1]。我校自2004年開始,為電類專業學生開設了“電磁兼容技術”課程(32學時),旨在幫助學生建立起電磁兼容的概念,掌握電磁兼容原理,熟悉其技術及應用。

電磁兼容學科涉及電子、通信和材料等多學科理論。與之相關的“電磁兼容技術”課程是在掌握電路理論和電磁場理論的基礎之上,通過電磁干擾源的特性分析、電磁干擾信號耦合機理分析和電子設備及系統敏感機理分析。本課程介紹了電磁兼容設計方法、技術途徑、預測方法、實驗技術和有關標準。該課程具有理論聯系實際密切、工程實踐性較強、知識內容龐大和新內容不斷更新等特點。

1 案例導入式教學

案例導入式教學法是指在教學過程中,在介紹某個原理或方法時,通過案例引出問題,讓學生先對問題思考。所提出的問題可以是待介紹的概念、方法適用的情形,也可以是某方法的應用步驟或應用方法時的注意事項[2]。

通常,由教師或學生自己提出電磁兼容案例。案例的選擇一定要與教學進度緊密相連,難易適度;教師分組布置學生查找有關資料,進行案例分析,初步擬定解決問題的方案;小組交流討論,得出較為詳實的書面報告;由教師主持課堂交流,每組學生推舉1～2名學生講解其見解和思路。全班交流是課堂教學的高潮,是形成教學結果的重要環節,也是全班學生經驗與知識的共享過程。最后由教師對整個討論過程進行歸納和評估,修正對案例問題的分析,進一步完善解決方案。學生課后完成案例分析報告,最終完成理論與實踐的完美結合。

2 應用實例

在選擇案例或設置問題時,要圍繞課程主要章節的重點內容或難以理解的原理和方法進行設置,注意體現教學內容的連貫性[3]。

例如在講解電磁兼容接地技術的時候,可引入案例“DSP(數字信號處理器)芯片接地設計”。筆者曾用DSP芯片 TMS320F2812制作了一塊電機控制板,該芯片上有5類典型電源引腳和CPU核電源引腳、I/O電源引腳、模擬電路電源引腳、PLL電路電源引腳和Flash編程電源引腳,如圖1(a)所示。因此選擇DSP芯片電源(接地)設計作為案例,具有代表意義。在設計中,數字部分和模擬部分需要獨立供電,有兩種方案可供選擇,一種方法是采用被動濾波電路,如圖1(b)所示。用磁珠或電感將模擬地和數字地連起來,根據電流大小選擇磁珠或電感,這種電路最大優點是簡單,對大多數應用已經可以滿足要求;另一種是如圖1(c)所示的多路穩壓器方法。它提供的去耦效果更好。但必須注意,模擬地和數字地必須連在一起(通過電感),且電路復雜,成本高。在教學中,學生拿著實物,對照原理圖可以對接地的作用,單點接地、多點接地及混合接地的概念有了一個清楚的了解,并留下深刻的印象。

圖1 DSP控制芯片接地設計

“電磁兼容技術”這門課程最后一部分內容是電磁兼容的應用,是學生比較關心和感興趣的內容。該部分主要講述電磁兼容在電子設備、電力電子裝置、電力系統、通信系統以及計算機系統等的設計方法和應注意的問題。筆者在講述電力電子裝置的電磁兼容這部分內容時,發現學生對寄生電感和寄生電容的概念比較抽象。

以功率MOSFET器件為案例,在課前讓幾位學生在面包板上搭建一個MOSFET驅動電路。MOSFET器件采用 IRF3205,驅動芯片采用SG3525,原理圖如圖2所示。圖中Vc為數控式線性直流穩壓電源LPS-305,頻率10kHz。在課堂上教師與學生一起,借助數字示波器測試MOSFET漏源極電壓波形及負載電流波形。

圖2 MOSFET的驅動電路原理圖

由圖3(a)可見,電壓方波出現了高頻振蕩現象,此時可向學生解釋出現此類現象的可能原因,例如線路寄生電感引起。我們接線不規范,驅動線太長引起,接下來進行整改,并注意觀察示波器波形,得到圖3(b)所示波形。可見高頻振蕩消失了,但較大的電壓浪涌仍未消除,可作為一個問題留給學生去思考。因此,對照實物現場講授,讓學生親自參與體驗,能夠感受到電磁兼容的重要性及相關措施的必要性。上述兩個案例僅僅是個例了,在“電磁兼容技術”這門課程教學中,我們還可以找到很多類似的案例。

3 結語

我們在“電磁兼容技術”教學中采用案例導入式教學法,可以改進傳統教學方法。這樣可以減輕學生接受抽象概念和方法的難度,加深對書本內容的理解,充分調動學生學習的積極性,提高課堂教學效率。對學生創新能力的培養也具有積極的意義。

但這種方法也存在一些問題,例如耗費課時較多,學生基礎知識的部分欠缺,以及能否積極的配合等等都會影響到教學的效果。

[1] 王志亮.“電磁兼容技術”課程雙語教學的探索[J].南京:電氣電子教學學報,2009,31(1):103-104

[2] 閆國立,高德富.案例導入式教學法在中醫統計學教學中的體會[J].北京:中醫教育,2008,27(6):47-48

[3] 陳凌.管理類課程的“導入式”教學模式探索[J].北京:中國電力教育,2008,124(11):64-65