電子電路創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的開發(fā)研究

張　敏，景國凱，崔小紅，景彥君

(山西師范大學(xué) 物信學(xué)院,山西 臨汾 041004)

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電子電路創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的開發(fā)研究

張敏，景國凱，崔小紅，景彥君

(山西師范大學(xué) 物信學(xué)院,山西 臨汾 041004)

摘要：根據(jù)電子技術(shù)專業(yè)中模擬、數(shù)字等專業(yè)課實(shí)驗(yàn)的教學(xué)特點(diǎn)，進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計訓(xùn)練，結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的申報、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯項(xiàng)目的參與和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的實(shí)踐，提供給學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練平臺，使學(xué)生認(rèn)真地掌握電子電路的理論知識和實(shí)踐技能，實(shí)現(xiàn)了研究性教學(xué)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開發(fā)的的教學(xué)模式.

關(guān)鍵詞：電子電路；可控硅；門電路；傳感器

1引言

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是各個大學(xué)正在認(rèn)真實(shí)施及探討的一個重要課題，也是擺在教師和學(xué)生面前的一項(xiàng)首要任務(wù)，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開發(fā)需要創(chuàng)新性的教學(xué)平臺，幾年來，我們根據(jù)電子專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)，將電子電路專業(yè)的實(shí)驗(yàn)同大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯項(xiàng)目和畢業(yè)論文設(shè)計實(shí)踐這一系列創(chuàng)新內(nèi)容相結(jié)合[1]，實(shí)現(xiàn)了從“傳統(tǒng)教育模式”轉(zhuǎn)型為“創(chuàng)新教育模式”[2-3]. 例如：設(shè)計PNP和NPN三極管電流分配關(guān)系演示實(shí)驗(yàn)儀，設(shè)計聲光控傳感器件性能的演示電路，設(shè)計可控硅導(dǎo)通特性演示電路，設(shè)計COMS集成電路特性演示電路等先進(jìn)行電路的仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而制作成有創(chuàng)意的演示教具，開發(fā)設(shè)計了一系列創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，既培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，又為實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定了一定基礎(chǔ).

2創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)電路舉例

圖1　三極管電流分配關(guān)系演示儀

圖2　單雙向可控硅導(dǎo)通性能演示實(shí)驗(yàn)裝置

幾年來山西師范大學(xué)物信學(xué)院電子專業(yè)通過開放性多種實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練方式，學(xué)生制作出有特色的多種創(chuàng)新電路及創(chuàng)新電路實(shí)驗(yàn)演示板，例如：圖1是用數(shù)字集成電路制作的三極管電流分配關(guān)系演示儀，接通電源，該演示儀能模擬PNP和NPN三極管3個電極電流的流動Ie=Ib+Ic，使學(xué)生對三極管的結(jié)構(gòu)、特性達(dá)到深刻的理解. 圖2是用數(shù)字集成電路設(shè)計制作的單雙向可控硅導(dǎo)通性能演示實(shí)驗(yàn)裝置[4-5]. 圖3是單向可控硅導(dǎo)通性能模擬演示圖，圖4是雙向可控硅導(dǎo)通性能模擬演示圖，該演示裝置如果將充電開關(guān)按下，電路左邊的充電回路就有閃閃發(fā)光的充電電流在流動，如果將觸發(fā)開關(guān)按下，右邊回路里就有閃閃發(fā)光可控硅導(dǎo)通電流在流動，單向可控硅電流只能有一個方向?qū)娏鳎p向可控硅可以有2種觸發(fā)方式，控制2個方向?qū)娏髟诹鲃?，模擬導(dǎo)通電流如圖3~4所示，演示效果形象逼真，電路設(shè)計說服力強(qiáng).

圖3　單向可控硅導(dǎo)通性能模擬演示圖

圖4　雙向可控硅導(dǎo)通性能模擬演示圖

圖5是聲光控特性原理設(shè)計框圖，圖6是聲光控特性演示實(shí)驗(yàn)裝置圖，該實(shí)驗(yàn)裝置可通過聲光傳感器將聲光信號送給功放電路及可控硅導(dǎo)通電路分別將聲光傳感器的導(dǎo)通特性通過1組發(fā)光管進(jìn)行形象演示，使學(xué)生對聲光傳感器件的特性加深了理解.

圖6　聲光控特性演示裝置圖

圖7是用多種數(shù)字集成塊巧妙組合而成的CMOS門電路邏輯功能特性演示實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置是對數(shù)字電路的綜合應(yīng)用，用譯碼器、數(shù)碼管顯示器、555時基電路、計數(shù)器以及多個控制開關(guān)組成的數(shù)字門電路特性演示器，它可將各種門電路的輸出狀態(tài)通過發(fā)光管亮暗的方式、數(shù)碼管顯示“0”“1”的方式、計數(shù)器輸出端LED依次流動發(fā)光的方式，同時演示給學(xué)生，使學(xué)生對門電路的功能特性達(dá)到深刻的理解.

圖8、圖9是學(xué)生制作的中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，圖8將中學(xué)物理中二極管的單向?qū)?、電容的充放電、歐姆定理、2個振動波的合成、聲波信號的演示、 電磁感應(yīng)現(xiàn)象等中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)電路用電子電路進(jìn)行模擬演示，當(dāng)有信號時電路右邊的輸出端接在二極管倍壓整流電路的輸入端，輸出端接的是1組高亮發(fā)光管，顯示感應(yīng)電流的大小、方向等現(xiàn)象，顯示方式生動活潑、形象逼真.

圖7　CMOS門電路邏輯功能演示裝置電路顯示圖

圖10是仿真電路的創(chuàng)新設(shè)計，它將圖7的CMOS門電路邏輯功能演示裝置進(jìn)行仿真演示，

圖8　中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)演示儀裝置

圖9　LED型倍壓整流電路演示板

從另一個方面演示了門電路邏輯功能特性，也是對實(shí)驗(yàn)電路的一種創(chuàng)新設(shè)計，可以將各種創(chuàng)新電路都可以進(jìn)行計算機(jī)仿真演示，這里就不一一例舉.

圖10　CMOS門電路邏輯功能演示裝置仿真設(shè)計圖

3結(jié)束語

總之，幾年的教學(xué)實(shí)踐證明，只要善于動腦動手，將電子電路理論知識通過基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而運(yùn)用到大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯項(xiàng)目、畢業(yè)論文設(shè)計實(shí)踐這一系列創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺，即可培開發(fā)設(shè)計出形形色色的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)電路，培養(yǎng)出一大批社會所需要的創(chuàng)新性人才[6].

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[責(zé)任編輯：郭偉]

Research and development of innovative electronic circuit experiment

ZHANG Min, JING Guo-kai, CUI Xiao-hong， JING Yan-jun

(School of Physics, Shanxi Normal University, Linfen 041004, China)

Abstract:Based on the characteristics of analog, digital and other specialized courses in electronic technology majors, an innovative experiment training platform was provided for college students by combining the following aspects: applying the national innovative experiment competition programme, participating in the college student challenge programme, writing graduation dissertation. From all above, the students were ensured to master the theoretical knowledge and practical skills of electronic circuits, thus research-based teaching and innovative experiment development were achieved.

Key words:electronic circuit; silicon controlled rectifier; gate circuit; sensor

中圖分類號：TN32

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1005-4642(2015)01-0038-04

作者簡介：張敏(1992-)女，山西晉中人，山西師范大學(xué)物信學(xué)院2012級電子信息技術(shù)專業(yè)學(xué)生.通訊作者：景彥君(1955-)女，山西臨汾人，山西師范大學(xué)物信學(xué)院高級實(shí)驗(yàn)師，碩士，從事物信學(xué)院實(shí)驗(yàn)與研究工作.

收稿日期：2014-05-16；修改日期：2014-10-16

“第8屆全國高等學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會”論文

資助項(xiàng)目：山西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項(xiàng)目(No.2014179,No.2014180)