電路的設計原理

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電路的設計原理范文第1篇

關鍵詞: 萬用表 安裝 調試 實習 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

中圖分類號：TN108.7 文獻標識碼： A文章編號：2095-2104（2012）

如圖1是MF47-6萬用表的電路圖，它是由六個部分組成：表頭顯示部分、直流電壓部分、直流電流部分、交流電壓部分、電阻部分和晶體管測試部分。現將各部分剖析如下：

首先我們看圖2、指針式萬用表的基本測量原理圖。

指針式萬用表的基本原理，如圖所示，它有表頭、電阻測量檔、直流電壓測量檔、直流電流測量檔、交流電壓測量檔幾個部分組成。圖中SA為量程轉換開關“一”為黑表棒，“+”為紅標棒。測量直流電流時，外部電流從“+”表棒流進，“一”表棒流出，當測量直流電壓時線路中用R2限流降壓，當測量交流電壓時線路中用VD二極管半波整流，經過電阻R3限流降壓，再由表頭顯示出來。當測量電阻時在“+” “一”兩表棒短路連接時校零，有內部小電池提供電流，使表頭指針偏轉到校零點。

具體電路分析如下：

一、表頭演示部分

如圖3所示表頭為I表=46.2uA,(約2.3KΩ的表頭動圈導線電阻)和WH2（500Ω）的可調電阻組成R表=2.5KΩ的表頭內阻 (該表在調試時就是把表頭的2.5KΩ調準確) 。二極管D3、D4和C1（10uF）并聯在2.5KΩ表頭的兩端。電容C1（10uF）起到平穩電流吸收脈沖的作用，二極管起到電壓過高電流過大時的正反雙向保護作用。R21和WH1組成表頭的分流電路。

根據并聯電路電壓相等的原理由計算得出R21和WH1上的分流電流I分為：46.2 uA乘2.5K= 30K乘I分，由此可以得出I分的電流為3.85 uA。此時表頭電流的總電流為I表并=46.2+3.85=50.05 uA，取50. uA。 同時可以算出此時的并聯電阻為R表并=（2.5K乘3 0K）÷（30K+2.5K）=2.31K。故等效表頭并聯電阻為R表并=2.31K，表頭等效并聯電流I表并=50.uA，如圖3所示。

我們再看圖3正常滿度電流時，表頭兩端的電壓U表是多少？U表=U并=I表乘R表=I并表乘電阻R并表= 50 uA乘2.31K =115.5mV=0.1155V。此電壓降遠遠小于硅二極管的正向導通電壓0.6—0.7 V的值，所以D3、D4不導通 ，如圖4所示；圖4是二極管導通特性曲線。當萬一電路接錯使表頭電壓大于等于二極管的正向導通電壓0.6—0.7V時，二極管D3、D4導通泄流，因此起到雙向保護表頭的作用。

二、直流電流檔電路的分析

如圖5所示，此時表頭為50 uA，內阻為2.31K再和R22=2.69K串聯，組成剛好為5K的電阻，我們把它叫做R表串=5KΩ，這時表頭電流還是I表并=I表串=50 uA，這時表頭電壓降取名為U表串；U表串=R表串乘I表串=5K乘5 0 uA=250mV=0.25V。 所以當：

2.1三層電刷的量程開關轉到直流電流DCmA0.05 mA（50 uA）檔時，（電流全部流進表頭50 uA）既能測量直流電流0.05mA（50 uA），又能測0.25V的電壓降。

2.2電流表是根據并聯電阻擴大分流電流達到擴大電流表的量程的原理設計的（下同），當量程開關轉到DCmA0.5檔時：電阻R4與表頭R表串=5KΩ并聯分流。同時我們知道此時

流過表頭的電流剛好設計為50 uA，內阻為5kΩ，分流電流應該為：500 uA—50 uA=450 uA，根據并聯分流電壓相等的原理（下同）；則450 uA乘R4=50 uA乘5K。由此可以計算得出R4=555Ω。我們的分析和電路圖上電阻一致。

2.3同理：當量程開關轉到DCmA5 mA檔時：R3與表頭R表串=5KΩ分流，分流電流是：5000uA—50uA=4950uA，則4950uA乘R3=50uA乘5K，所以R3=50.5Ω。分析也和實際一樣。

2.4當量程開關轉到DCmA50 mA檔時：R2與表頭R表串=5KΩ分流，分流電流是：50000uA—50uA=49950uA，則49950uA乘R2=50uA乘5K，所以R2=5Ω，功率取1/2瓦。

2.5當量程開關轉到DCmA500mA檔時：用R1+ R29二個電阻串聯起來看做是一個電阻與表頭R表串=5KΩ分流，分流電流是：500000uA—50uA=499950uA，則499950uA乘（R1+ R29）=50uA乘5K，因此500 mA檔的分流電阻理論計算為0.5005Ω，實際R1+R29=0.44Ω+0.05Ω=0.49Ω。其中缺少了0.0105Ω；（要是把R1做成0.45Ω的話R1+R29=0.45Ω+0.05Ω=0.50Ω比理論計算0.5005Ω只有少了0.0005Ω 這樣誤差為很小；但是電阻阻值是國家有標稱值的規定，不是生產廠家、使用單位、設計者自己可以任意決定的，為了優先保證后面5A檔時用0.05Ω的電阻，所以這里只能選擇用R1=0.44Ω的電阻、可能就是這個原因吧？）少去的0.0105Ω我們估且把它看作是接觸電阻存在的緣故吧。

該表的設計誤差精確度直流電流0.05mA—500mA檔為2.5，5A檔時為5。我們知道分流電阻減小分流電流增加電流測量值偏小、為負誤差，我們可以來看一下誤差為：0.0105Ω/0.5005Ω= 0.020979=0.021，小于百分之二點一即誤差為2.1；符合設計要求小于2.5。

2.6 5A檔時（5000000—50）乘R29=50 uA乘（5K+0.44Ω），所以R29=0.05Ω ，這里電阻剛剛好。設計者的高明之處在于把5 00 mA檔的分流電阻0.5005分為的R1+R2=0.44+0.05=0.49Ω。其R29=0.05Ω正好為測量5A檔分流所用；而5A檔測量時要把檔位放在500mA檔，負表棒不變，正表棒從R29右邊5A插空直接，用R29直接分流大電流，避免了量程開關的接觸電阻對大電流測量的影響。

三、調試說明

該表在沒有校試設備的情況下，可用數字萬用表校準，方法如下：

焊好表頭引線正端，數字萬用表撥至20K檔，紅表棒接A點，（把表頭引線負端從線路板上斷開），黑表棒接表頭引線負端，調可調電阻WH2，使電阻顯示值剛好為理論設計值2.5KΩ，（溫度為20℃），調好后焊好表頭引線負端。調試就完成了。只要裝配沒有錯誤，通過上述方法，本表基本能校準，但是有條件者最好用數字校驗臺校試。

參考文獻：萬用表檢測應用實例/韓廣興等編著。—北京：電子工業出版社，2007.5 ISBN 978-7-121-03993-5

看圖識用萬用表/門宏編著。—北京：電子工業出版社，2011.1（看圖識電子系列叢書） ISBN 978-7-121-12195-1

電路的設計原理范文第2篇

關鍵詞：山區；農村；公路；建設；管理；養護

1 加強邊遠山區農村公路建設和養護管理的重要意義

最近幾年在國家實施的精準扶貧政策的指引下，在有些貧困地區實行“易地搬遷”政策，貧困地區農村人口整體向發展環境好、適宜廣大農牧民生產生活的區域流動，同是也是為了新農村建設需要，隨著農村經濟的發展，人們對交通運輸便捷的需求自然產生，都往交通較為便利的區域流動，如果交通便捷，物流、人流和信息流都得到快速提升，那么對改善農民生產生活條件，推動農村經濟和社會的可持續發展，以及改變人們的思維方式都有積極而深遠的影響。如果我們能實事求是、因地制宜，根據當地的實際情況，打造科學的交通經營理念，把農村公路建設好管理好，一方面可以促進農村地區人口、物資、資金的合理流動，對發展特色養殖業、種植業和其他產業興起具有極大的推動作用，從而實現農民穩定增收。

2 農村公路建設管理中存在的一些問題

2.1 公路建設管理方面存在的問題

（1）在農村公路建設中，農村公路工程項目的實施，必須嚴格按照正常的項目管理程序進行。但是在一些邊遠山區的項目的實施中，特別是施工單位卻不按照正常的施工管理程序進行施工，在施工人員缺少的時候，就緊急從當地招收農民工或者臨時招聘人員，這樣使得新招來的農民工對現場的情況不了解就馬上加入到工程施工中，加之這些人員缺乏施工經驗，專業知識又少，這樣難以保證施工質量。從而工程質量就出現一些問題，也就與確保工程建設質量的初衷相違背。

（2）在現實中，一些農村公路使用沒多少年，就出現路面開裂，路面不平整，在雨季路基水毀、邊坡泥石流等各種質量問題接連發生，有些甚至出現了塌陷、水泥混凝土路面斷裂、路基沖空等嚴重現象，嚴重阻礙車輛通行，這些都直接影響著農牧民群眾的交通安全和物流人流的及時集散，也阻礙了區域內經濟的發展和信息的傳播。

（3）由于受資金的限制，在農村公路工程進行招投標，往往中標的一些施工企業實力都不是很強，自身的技術力量薄弱，設備陳舊落后，技術性能達不到施工要求，這樣一旦投入施工就會直接影響到施工質量和進度，如果材料不足，就會出現停工待料的現象，更嚴重的影響到工程進度。

2.2 養護管理方面存在問題

（1）建設和養護技術水平不高：在邊遠山區農村，山大溝深、地形地質條件復雜、氣候惡劣以及農田村莊等因素的限制，在公路建設過程中需要充分考慮到這些因素的影響，使很多農村公路都是在以往原有的土路或者是砂石路的基礎上進行建設，所以在建設方案和技術指標的選擇上都難以滿足基本的公路建設規范要求。

（2）建設和養護機制不完善：養護資金受限和養護機制的不完善導致了有些農村地區公路養護水平低下。由于邊遠山區農村公路養護投資少，加之受地形地質條件的制約，養護難度很大，養護模式主要以公路沿線家庭承包養護為主，其表現為很多公路養護工作都達不到要求，有些原本需要進行定期性養護的農村公路變成了季節性的養護，這在很大程度上影響了農村公路正常功能的發揮，也只能勉強維持車輛通行。

3 ε騫路建設管理談幾點建議

3.1 加強管理，做好技術服務和督導

（1）在公路建設中，交通部門要努力做好技術服務和督導工作，施工中要嚴格執行農村公路工程技術標準，建立完善政府監督、社會監理、企業自檢三級質量監督體系，建立完善的工程質量責任公示牌，公開質量監督電話，暢通舉報投訴渠道，確保工程按時、按質、按量建設完工。

（2）要建立健全監督機制，把教育、制度、監督統一于公路建設每個環節，加大從源頭上預防和遏止腐敗的力度，杜絕轉包、違法分包和招投標中的暗箱操作，堅決治理工程建設中的商業賄賂，確保建設工程質量，努力把農村公路建成人民群眾的“放心工程、滿意工程”。

3.2 做好農村公路建設管理與養護的科學規劃

（1）公路建設之前當地部門應該做好調研與實地考察工作，對公路建設地區的交通情況、地質條件、人口密度進行科學合理的分析，然后綜合多方面因素提出一個科學合理的建設方案。只有這樣才能在建設過程中既能保證質量又能夠有效避免不必要的浪費，使公路在使用過程中發揮最大的經濟效益。

（2）我們要優化設計的同時在施工過程中加強質量監督，防止出現偷工減料使用劣質材料的現象，嚴格按公路工程施工程序進行施工。待公路建成后必須加強對公路的管控，日常養護與路政管理有機結合起來，杜絕超載、亂堆亂放和違章建筑的事情發生。要想對公路進行有效管理，相關部門還必須加強監督以便能及時發現問題解決問題，保障公路的安全暢通和有效使用。

3.3 多渠道籌集資金，加快農村公路建設

（1）政府要打破傳統的單一投資模式，可以適當的動員社會力量來出資修路，采取政府出大頭、社會、企業等出小頭的投資方式，拓寬融資渠道，解決農村公路建設資金不足問題。

（2）統籌考慮干線公路和農村公路的建設資金，推行“以路養路”政策，將建設干線公路繳納的重點公路工程增值稅及燃油稅等用于農村公路發展。

（3）隨著社會經濟的發展，今后農村公路的發展也要逐步樹立以冠名權、綠化權、路邊資源開發權等市場化運作方式的思想，鼓勵、吸引企業等社會力量投資建設農村公路。

3.4 加強對農村公路建設的技術與監管人員的專業技術培訓

加強農村公路建設施工單位工作質量意識培養，采取切合實際的可行性手段來監管施工單位。例如，我國現已完成的公路質量、缺陷責任期是一年，所以有的施工單位根本不在意質量問題，因此，應考慮適當地延長工程質量缺陷責任期，用延長工程質量缺陷責任期來制止施工單位對于施工質量責任的規避，來確保我國農村公路施工的質量。

電路的設計原理范文第3篇

引言........................................................................... 2

第一章緒論.................................................................... 3

1.1研究背景...................................................................  3

1.1.1超聲技術的發展.............................................................3

1.1.2問題的提出 ............................................................... 4

1.1.3本文結構安排及內容介紹 ....................................................5

1.2超聲檢測系統[1]............................................................. 5

1.2.1超聲檢測系統的概述 ........................................................5

1.2.2超聲檢測的方法.............................................................6

第二章超聲波特征提取的基本原理.................................................9

2.1系統方框圖...................................................................9

2.2總體功能簡介.............................................................. 11

第三章特征提取電路的方案選擇 .................................................13

3.1設計要求................................................................... 13

3.2可行性方案選擇............................................................. 13

3.2.1峰值保持/采樣器 ..........................................................13

3.2.2過零檢測 ................................................................ 15

3.3方案的確立................................................................  17

第四章超聲波特征提取的硬件電路設計............................................18

4.1峰值保持電路及A/D轉換電路的設計 ...........................................18

4.1.1電路基本原理及設計圖 .................................................... 18

4.1.2主要器件介紹............................................................. 19

4.2比較電路的設計..............................................................22

4.2.1電路基本原理及設計圖 .....................................................22

4.2.2主要主要器件介紹..........................................................24

4．3脈沖延拓電路的設計 ........................................................24

4.3.1電路基本原理及設計圖 .................................................... 24

4.3.2主要主要器件介紹......................................................... 27

4．4計數顯示電路的設計........................................................ 28

4.4.1電路基本原理及設計圖 .....................................................28

4.4.2主要器件介紹..............................................................29

4．5報警電路的設計 ............................................................29

4.5.1電路基本原理及設計圖......................................................29

4.5.2主要器件介紹..............................................................32

4.6譜分析......................................................................33

4.6.1算法原理⑷ ...............................................................34

4.6.2FFT軟件實現 .............................................................37

第五章結論及其分析............................................................42

結束語.........................................................................49

致謝 ............................................................... ..........50

參考文獻.......................................................................50

附錄一（電路原理圖及PCB圖）................................................... 51

附錄二（程序） ............................................................... 56

電路的設計原理范文第4篇

(1)學生掌握的專業知識參差不齊，而電子設計所用的集成芯片種類型號繁多，學生必須學會自己查閱資料，尤其要會查閱英文資料。

(2)學生雖有一定的動手能力，但容易僅憑經驗拿到元器件直接在電路板上進行焊接，往往導致功能測試時糾錯困難。隨著計算機技術的飛速發展，學生利用計算機仿真軟件進行硬件原理圖的設計是發展的必然趨勢。

(3)學生制作出的電子作品外觀布局多樣，如何將設計好的電路進行科學PCB制板能力制板，才能方便焊接，且減少相互干擾，是設計最終成功的關鍵。

(4)學生在焊接技術不夠嫻熟，使得電子作品調試不能完全達到要求，焊接的好壞，直接關系到電子產品或制作的質量。為了取得好的賽績，必須著力培養學生電子設計制作的綜合能力，即查閱資料、硬件原理圖的設計、電路板的布線與制作、焊接功能測試能力。其中硬件原理圖的設計能力的培養是教學中的突出難點。

二、Proteus硬件仿真技術改革電子設計大賽教學內容

電子設計大賽采取理論教學與制作訓練結合的集訓思路對學生進行指導。理論部分進行模塊化分解包括:基本元件;傳感器;集成芯片部分。教師按此分類進行模塊化理論教學，學生通過模塊來構建自己的知識結構，形成個體獨特的知識體系。制作訓練部分包括:電子儀器和Proteus仿真軟件的使用;常用的基本單元模塊的設計和制作;綜合電子制作訓練。理論教學和制作訓練在時間安排上遵循交替進行原則，并增加了Proteus硬件仿真技術的應用。Proteus是英國Lab-centerelectronics公司于1989年開發的一款電路仿真軟件，擁有豐富的元器件、各種虛擬儀器、圖形化的分析功能，現已在全球50多個國家得到應用，廣泛應用于高校的大學生或研究生電子學教學與實驗以及公司實際電路設計與生產。Proteus主要由兩部分組成:ISIS原理圖設計仿真系統;ARES印制電路板設計系統。硬件原理圖的設計能力是困擾學生的突出難題，也是保障電子設計制作成功的重要前提。因此，在電子設計大賽中將主要應用Proteus軟件的ISIS原理圖設計仿真系統輔助教學。Proteus軟件硬件原理圖設計及仿真的具體步驟為:新建設計文件并設置圖紙參數和相關信息;放置元器件;對原理圖進行布線;利用ISIS提供的電氣規則檢查命令檢查原理圖，調整原理圖布局;電路運行調試。

三、Proteus硬件仿真技術在電子設計大賽中的教學實施

Proteus硬件仿真技術作為一種先進的教學手段，貫穿應用于電子設計大賽的理論教學和制作訓練教學全過程。

1．Proteus硬件仿真技術在理論教學中應用Proteus軟件提供了很多種類的虛擬仿真工具，包括探針、虛擬儀器、信號發生器、仿真圖表等。Proteus軟件的虛擬仿真模式包括交互式動態仿真和基于圖表的靜態仿真。采用虛擬演示實驗的方法，將Proteus仿真技術引入電子設計大賽理論教學環節，教師可以通過多媒體展示電路的仿真情況，形象地講解電路理論及原理，使學生清晰觀察到電路運行的現象、信號波形以及各種參數曲線，從感性上加深對電路原理與性能的理解，直觀地掌握教學內容，提高教學的效果與效率。以非門電路組成非對稱型振蕩電路為例，電路的基本工作原理是利用電容器的充放電。當輸入電壓達到非門的閥值電壓Vth時，非門的輸出狀態發生變化。因此，電路輸出地脈沖波形參數直接取決于電路中阻容元件的數值。通過Proteus軟件的交互式動態仿真方式，采用虛擬示波器輸出電路中的四處節點波形，從波形結果發現:非對稱型多諧振蕩器的輸出波形是不對稱的，輸出脈沖寬度tw1=RC，tw2=1．2RC，T=2．2RC。通過調節R和C值，可改變輸出信號的振蕩頻率，改變C實現輸出頻率的粗調，改變R實現輸出頻率的細調。

2．Proteus硬件仿真技術在制作訓練中應用

制作訓練采用循序漸進的方式進行，制作訓練初期主要是電子儀器和Proteus軟件的使用;從制作訓練中期開始，需針對常用的基本單元模塊進行設計與制作;制作訓練后期，以往屆賽題和模擬賽題為訓練內容進行綜合電子制作。通過分析往屆賽題發現，計數顯示電路的設計訓練是賽前培訓的重點之一。現以一款數字顯示倒計時定時基本單元電路的設計為例，該電路適用于各種需要定時的場合，如電話定時、路燈定時、某一種狀態或過程控制定時等。按照Proteus硬件原理圖設計步驟，電路主要由計數脈沖產生電路、減法計數與數字顯示電路組成。其中計數脈沖產生電路可以由NE555芯片按照多諧振蕩電路進行接線，也可以由簡單的門電路產生，還可以由運放電路產生，此處簡要地用矩形波信號源表示計數脈沖輸入信號。減法計數與數字顯示電路主要由可預置4位二進制可逆計數器U1(74HC193)、U2(譯碼/驅動CD4511)、U3共陰極七段數碼管組成。R2與C1組成預置數電路，在通電瞬間對U1(74HC193)進行預置數9。之后，U1的4腳每接收到一個負脈沖，U1計數一次并減一，數碼顯示由9變成8，當定時時間一到，顯示器顯示0，并且U1的13腳TCD輸出一負脈沖，由該信號驅動各種執行元件，如晶體管、晶閘管、繼電器、光耦合器等。本電路作為一款通用基本電路，只需稍作改動就可實現多種功能，例如需要進行兩位數顯示，只需改用兩片74HC193分別對個位和十位進行計數，再用兩片CD4511驅動兩位數字顯示即可;如果需要實現倒計時定時報警功能，只需利用U1(74HC193)的13腳TCD作為觸發信號連接驅動蜂鳴器的執行電路即可。采用Proteus硬件仿真技術，在原理圖設計階段就可以進行評估，驗證所設計的電路是否達到要求的技術指標，還可以通過改變元器件參數使整個電路的性能最優化，大大節省了設計時間與經費，提高了設計效果和質量。

四、Proteus硬件仿真技術在電子設計大賽中實施的效果評價

1．Proteus為電子設計大賽提供了多媒體教學平臺

Proteus軟件為理論教學提供了先進的實驗、演示和電路分析。教師可以在多媒體教室中深入淺出地分析各種電路的特性，講解各種參數改變對電路的影響，幫助學生突破抽象的難點知識的理解，形成扎實系統的知識體系。

2．Proteus為電子設計大賽提供了虛擬實訓平臺

Proteus軟件所提供的一系列元件庫，既能實現實驗箱固定模塊的驗證功能，還能根據教學內容進行調整，整個過程不受時間、空間限制，突破了傳統實訓室的局限性，克服了學校經費不足和儀器設備不足對教學指導的困擾。

3．Proteus為電子設計大賽提供了創新平臺

Proteus軟件提供的硬件仿真功能，為電子設計大賽注入了活力，培養了學生科學的電子設計方法，有效地提高了學生針對實際問題進行電子設計制作的能力以及創新發揮的能力。

五、結語

電路的設計原理范文第5篇

以集成電路為龍頭的信息技術產業是國家戰略性新興產業中的重要基礎性和先導性支柱產業。國家高度重視集成電路產業的發展,2000年,國務院頒發了《國務院關于印發鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》(18號文件),2011年1月28日,國務院了《國務院關于印發進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》,2011年12月24日,工業和信息化部印發了《集成電路產業“十二五”發展規劃》,我國集成電路產業有了突飛猛進的發展。然而,我國的集成電路設計水平還遠遠落后于產業發展水平。2013年,全國進口產品金額最大的類別是集成電路芯片,超過石油進口。2014年3月5日,國務院總理在兩會上的政府工作報告中,首次提到集成電路(芯片)產業,明確指出,要設立新興產業創業創新平臺,在新一代移動通信、集成電路、大數據、先進制造、新能源、新材料等方面趕超先進,引領未來產業發展。2014年6月,國務院頒布《國家集成電路產業發展推進綱要》,加快推進我國集成電路產業發展,10月底1200億元的國家集成電路投資基金成立。集成電路設計人才是集成電路產業發展的重要保障。2010年,我國芯片設計人員達不到需求的10%,集成電路設計人才的培養已成為當前國內高等院校的一個迫切任務[1]。為滿足市場對集成電路設計人才的需求,2001年,教育部開始批準設置“集成電路設計與集成系統”本科專業[2]。

我校2002年開設電子科學與技術本科專業,期間,由于專業調整,暫停招生。2012年,電子科學與技術專業恢復本科招生,主要專業方向為集成電路設計。為提高人才培養質量,提出了集成電路設計專業創新型人才培養模式[3]。本文根據培養模式要求,從課程體系設置、課程內容優化兩個方面對集成電路設計方向的專業課程體系進行改革和優化。

一、專業課程體系存在的主要問題

1.不太重視專業基礎課的教學。“專業物理”、“固體物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”是集成電路設計的專業基礎課,為后續更好地學習專業方向課提供理論基礎。如果基礎不打扎實,將導致學生在學習專業課程時存在較大困難,更甚者將導致其學業荒廢。例如,如果沒有很好掌握MOS晶體管的結構、工作原理和工作特性,學生在后面學習CMOS模擬放大器和差分運放電路時將會是一頭霧水,不可能學得懂。

但國內某些高校將這些課程設置為選修課,開設較少課時量,學生不能全面、深入地學習;有些院校甚至不開設這些課程[4]。比如,我校電子科學與技術專業就沒有開設“晶體管原理”這門課程,而是將其內容合并到“模擬集成電路原理與設計”這門課程中去。

2.課程開設順序不合理。專業基礎課、專業方向課和寬口徑專業課之間存在環環相扣的關系,前者是后者的基礎,后者是前者理論知識的具體應用。并且,在各類專業課的內部也存在這樣的關系。如果在前面的知識沒學好的基礎上,開設后面的課程,將直接導致學生學不懂,嚴重影響其學習積極性。例如:在某些高校的培養計劃中,沒有開設“半導體物理”,直接開設“晶體管原理”,造成了學生在學習“晶體管原理”課程時沒有“半導體物理”課程的基礎,很難進入狀態,學習興趣受到嚴重影響[5]。具體比如在學習MOS晶體管的工作狀態時,如果沒有半導體物理中的能帶理論,就根本沒辦法掌握閥值電壓的概念,以及閥值電壓與哪些因素有關。

3. 課程內容理論性太強,嚴重打擊學生積極性。“專業物理”、“固體物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”這些專業基礎課程本身理論性就很強,公式推導較多,并且要求學生具有較好的數學基礎。而我們有些教師在授課時,過分強調公式推導以及電路各性能參數的推導,而不是側重于對結構原理、工作機制和工作特性的掌握,使得學生(尤其是數學基礎較差的學生)學習起來很吃力,學習的積極性受到極大打擊[6]。

二、專業課程體系改革的主要措施

1“。 4+3+2”專業課程體系。形成“4+3+2”專業課程體系模式:“4”是專業基礎課“專業物理”、“半導體物理”、“固體物理”和“晶體管原理”;“3”是專業方向課“集成電路原理與設計”、“集成電路工藝”和“集成電路設計CAD”;“2”是寬口徑專業課“集成電路應用”、“集成電路封裝與測試”,實行主講教師負責制。依照整體優化和循序漸進的原則,根據學習每門專業課所需掌握的基礎知識,環環相扣,合理設置各專業課的開課先后順序,形成先專業基礎課,再專業方向課,然后寬口徑專業課程的開設模式。

我校物理與電子科學學院本科生實行信息科學大類培養模式,也就是三個本科專業

大學一年級、二年級統一開設課程,主要開設高等數學、線性代數、力學、熱學、電磁學和光學等課程,重在增強學生的數學、物理等基礎知識,為各專業后續專業基礎課、專業方向課的學習打下很好的理論基礎。從大學三年級開始,分專業開設專業課程。為了均衡電子科學與技術專業學生各學期的學習負擔,大學三年級第一學期開設“理論物理導論”和“固體物理與半導體物理”兩門專業基礎課程。其中“固體物理與半導體物理”這門課程是將固體物理知識和半導體物理知識結合在一起,課時量為64學時,由2位教師承擔教學任務,其目的是既能讓學生掌握后續專業方向課學習所需要的基礎知識,又不過分增加學生的負擔。大學三年級第二學期開設“電子器件基礎”、“集成電路原理與設計”、“集成電路設計CAD”和“微電子工藝學”等專業課程。由于“電子器件基礎”是其他三門課程學習的基礎,為了保證學習的延續性,擬將“電子器件基礎”這門課程的開設時間定為學期的1~12周,而其他3門課程的開課時間從第6周開始,從而可以保證學生在學習專業方向課時具有高的學習效率和大的學習興趣。另外,“集成電路原理與設計”課程設置96學時,由2位教師承擔教學任務。并且,先講授“CMOS模擬集成電路原理與設計”的內容,課時量為48學時,開設時間為6~17周;再講授“CMOS數字集成電路原理與設計”的內容,課時量為48學時,開設時間為8~19周。大學四年級第一學期開設“集成電路應用”和“集成電路封裝與測試技術”等寬口徑專業課程,并設置其為選修課,這樣設置的目的在于:對于有意向考研的同學,可以減少學習壓力,專心考研;同時,對于要找工作的同學,可以更多了解專業方面知識,為找到好工作提供有力保障。 2.優化專業課程的教學內容。由于我校物理與電子科學學院本科生采用信息科學大類培養模式,專業課程要在大學三年級才能開始開設,時間緊湊。為實現我校集成電路設計人才培養目標,培養緊跟集成電路發展前沿、具有較強實用性和創新性的集成電路設計人才,需要對集成電路設計方向專業課程的教學內容進行優化。其學習重點應該是掌握基礎的電路結構、電路工作特性和電路分析基本方法等,而不是糾結于電路各性能參數的推導。

在“固體物理與半導體物理”和“晶體管原理”等專業基礎課程教學中,要盡量避免冗長的公式及煩瑣的推導,側重于對基本原理及特性的物理意義的學習,以免削弱學生的學習興趣。MOS器件是目前集成電路設計的基礎,因此,在“晶體管原理”中應當詳細講授MOS器件的結構、工作原理和特性,而雙極型器件可以稍微弱化些。

對于專業方向課程,教師不但要講授集成電路設計方面的知識,也要側重于集成電路設計工具的使用,以及基本的集成電路版圖知識、集成電路工藝流程,尤其是CMOS工藝等相關內容的教學。實驗實踐教學是培養學生的知識應用能力、實際動手能力、創新能力和社會適應能力的重要環節。因此,在專業方向課程中要增加實驗教學的課時量。例如,在“CMOS模擬集成電路原理與設計”課程中,總課時量為48學時不變,理論課由原來的38學時減少至36學時,實驗教學由原來的10學時增加至12個學時。36學時的理論課包含了單級運算放大器、差分運算放大器、無源/有源電流鏡、基準電壓源電路、開關電路等多種電路結構。12個學時的實驗教學中2學時作為EDA工具學習,留給學生10個學時獨自進行電路設計。從而保證學生更好地理解理論課所學知識,融會貫通,有效地促進教學效果,激發學生的學習興趣。