电子技术综合实践
分享
课程详情
课程评价
spContent=学语言,是用来交流的,不是来学语法、背单词的;同样的,学电路仅仅是为了用电路而不是其他。 本课程定位是通识课,只需要欧姆定律和直角坐标基础知识。学完后同学们会发现,电路很有趣嘛,如果要学专业电子技术课,也会觉得很简单。
—— 课程团队
课程概述

学语言,是用来交流的,不是来学语法、背单词的;同样的,学电路仅仅是为了用电路而不是其他。

本课程定位是通识课,只需要欧姆定律和直角坐标基础知识。学完后同学们会发现,电路很有趣嘛,如果要学专业电子技术课,也会觉得很简单。

因为方法得当了,自然学习简单了。

这里,我们将借鉴人类自己学习母语的办法,先大量地听,后慢慢模仿地讲。在学习电路中,“听”就是看到完整的电路和知道电路功能,“模仿讲”就是把看到的电路做出来。请看开篇视频。

我们准备了十套完整的电路供模仿和学习拓展,包括数电和模电。


授课目标

通过每周学习1-5小时,十五周后至少掌握声音处理,光电信号处理,基本计数器,运算放大器基本应用,稳压电源和电子开关等十个电路功能模块,同样的功能模块用会不同的器件完成,做到举一反三。

课程大纲

实验演示+原理解析的基本配置

感性认识模块,原理模块。

第一讲:学习方法和基础知识

9-10

绪论-方法-装备7:36

电路读图讲课3:18

示波器使用3:19(资料不讲)

示波器探头1:12(资料不讲)

电压表测量误差实验2:23(资料不讲)

---PPT---

电子技术综合实践绪论

电路读图

----富文本----

课程目的,学习方法概述

欧姆定律,平面直角坐标系

器材准备和简单使用方法

电路读图接地和参考电压

数字万用表

示波器使用

面包板使用和接线注意事项

所需元器件清单


第二讲:玩转二极管 + 二极管原理

9-17

玩转二极管实验视频

二极管讲课6:13

二极管整流检波钳位4:04(资料不讲)

信号发生器使用3:08(资料不讲)

---PPT---

二极管

----富文本----

二极管原理和使用

示波器信号源二极管电阻综合练习

----单元测验  客观题----

示波器信号源二极管电阻综合练习

希望同学们仔细阅读“示波器信号源二极管电阻综合练习”,花时间熟悉示波器、信号源和二极管。如果你们能够准确预测即将测到的波形,你们合格了。


第三讲:阻抗概念

9-24

阻抗讲课5:53

阻抗匹配视频讲课

示波器、信号源阻抗实测

---PPT---

阻抗概念

阻抗匹配

----富文本----

阻抗概念和测量

示波器信号源二极管电阻综合练习

----单元测验  客观题----

阻抗测验选择题


第四讲:三极管人模型

10-1

三极管基础讲课7:01

---PPT---

三极管原理

----富文本----

三极管原理

----单元测验  客观题----

三极管基础选择题


第五讲,人体感应电流测试

10-8

人体感应讲课3:51

---PPT---

项目一,人体感应

----富文本----

三极管原理

项目一,人体感应

----单元测验  客观题----

人体感应项目选择题



第六讲:三极管开关和振荡-内容重要!

10-15

三极管电子开关讲课13:55

双闪多谐振荡器讲课7:29

---PPT---

三极管做电子开关

多谐振荡器

----富文本----

三极管做电子开关

多谐振荡器

----单元测验  客观题----

三极管做电子开关

多谐振荡器


第七讲:三极管串联稳压电源

10-22

串联稳压电源讲课14:11

---PPT---

项目二,稳压电源

----富文本----

项目二,稳压电源

----单元测验  客观题----

稳压电源


第八讲:用三极管的光柱韵律灯

10-29

光柱韵律灯9:03

驻极体话筒使用方法0:49(资料)

---PPT---

光柱韵律灯

----富文本----

光柱韵律灯

----单元测验  客观题----

光柱韵律灯


第九讲:运算放大器一次学会

11-5

运算放大器 22:12

运放指针式电压表测量内阻问题 5:36(资料不讲)

---PPT---

运算放大器

----富文本----

运算放大器及数据手册

----单元测验  客观题----

运算放大器基本原理客观题


第十讲:声源方向定位的两种实现方法,三极管和运放

11-12

项目七,运算放大器组成的声源方向定位6:54

项目五,三极管和门电路组成的声源方向定位7:12

---PPT---

项目七,运算放大器组成的声源方向定位

项目五,三极管和门电路组成的声源方向定位

----富文本----

项目七,运算放大器组成的声源方向定位

项目五,三极管和门电路组成的声源方向定位

----单元测验  客观题----

项目七,运算放大器组成的声源方向定位

项目五,三极管和门电路组成的声源方向定位


第十一讲:呼吸灯-运放加法器、比较器和积分器

11-19

项目八 运放呼吸灯9:19

---PPT---

项目八 运放呼吸灯

----富文本----

项目八 运放呼吸灯

----单元测验  客观题----

项目八 运放呼吸灯


第十二讲 拍手计数-模拟电路和数字电路协同工作

11-26

项目九 拍手计数7:17

---PPT---

项目九 拍手计数PPT

----富文本----

项目九 拍手计数

74LS163二进制计数器

CD40110计数译码数显

40106和常用组合逻辑芯片

74LS164移位寄存器

----单元测验  客观题----

拍手计数


第十三讲 走马灯-数字逻辑电路

12-3

项目十 移位寄存器和走马灯9:05

---PPT---

项目十 移位寄存器和走马灯

----富文本----

项目十 移位寄存器和走马灯

----单元测验  客观题----

移位寄存器和走马灯


第十四讲: 双麦克风降噪系统

12-10

项目十一 双麦克风降噪系统5:06

---PPT---

项目十一 双麦克风降噪系统

----富文本----

项目十一 双麦克风降噪系统

----单元测验  客观题----

项目十一 双麦克风降噪系统


第十五讲 优秀项目点评和大考复习

12-17

大考

在2018年12月24日0:00开始,2019年1月5日23:00结束


预备知识


平面直角坐标系知识,欧姆定律,会使用万用表。

为达到最好的学习效果,请准备:数字万用表,面包板,通用电子器件若干,5V电源(5V的手机充电器或充电宝)、不锈钢镊子等工具。如果预算充足,请准备数字示波器(约1500元)和DDS信号源(不到400元)第一讲的富文本里面有清单。


证书要求

合格证书必须60分以上,优秀证书必须80分以上。


分数合成:客观题占85%,除了第一讲,每次课后都有客观选择题,学生完成总题目量约120题,如果全对且按时提交,系统自动折算得分85分。有两次尝试,鼓励同学边实验边答题,给予足够的时间。答题的截止期是题目出现后的3周。

大考在2018年12月24日0:00开始,2019年1月5日23:00结束的两周内。占总分15%,是客观选择题,共10题。



主观题是拓展项目,作为每次的作业出现不计总分。截止期是最后一周,有通知。每个可运行项目后面一般带有2-3个拓展项目,本课程总体有25个拓展项目。同学们最多选3个拓展题递交。项目的递交包括原理文字说明、电路图、高清的电路实物照片和体现功能完成的视频,主讲教师和授课团队负责批阅,发现优秀的作业授课教师会增加视频课点评。


参考资料

课程团队原创和主编了富文本教材,没有书面教材。


参考资料如下:

[1]]Paul Horowitz, Winfield hill The Art of Electronics, Second Edition[M] 1990  Cambridge University Press

[2] 康华光. 电子技术基础模拟部分(第五版)[M], 高等教育出版社, 2006年01月.

[3] 韦琳. 图解数字电路[M], 科学出版社, 2007-04.

[4] 童诗白. 模拟电子技术基础 (第三版)[M], 高等教育出版社, 2001-01

[5]Eric Mazur,埃里克·马祖尔,同伴教学法[M],机械工业出版社,2011-08

网络资源:

1、全国大学生电子设计竞赛网站http://www.nuedc.com.cn/

2、21ic中国电子网http://www.21ic.com/

3、EDN电子技术设计http://www.ednchina.com/


常见问题

Q1:本课程的考核怎样进行?

A1:

合格证书必须60分以上,优秀证书必须80分以上。

分数合成:客观题占85%,除了第一讲,每次课后的客观选择题,学生完成总题目量约120题,如果全对且按时提交,答题的截止期是题目出现后的3周。系统自动折算得分85分。每次的客观题鼓励同学边实验边答题,给予足够的时间。

大考占15%,是客观选择题,共10题。


主观题是拓展项目,作为每次的作业出现不计总分。截止期是最后一周,有通知。每个可运行项目后面一般带有2-3个拓展项目,本课程总体有25个拓展项目。同学们最多选3个拓展题递交。项目的递交包括原理文字说明、电路图、高清的电路实物照片和体现功能完成的视频,主讲教师和授课团队负责批阅,发现优秀的作业授课教师会增加视频课点评。



Q2:能否透露一下客观题目?

A2:我们选择的每一个可运行项目后都有要求:"了解电路功能,默画整个电路图,记住电路里所有器件的参数,当某个参数改变时,了解电路的反应”电路的器件一般只有十几个,我们所有的题目都出自某个器件变化后整体电路的反应,大家在做实验时刻意做一下器件的变化从而了解电路的反应,题目就自然会做了。


Q3.电子技术综合实践和常见的电路类课程有什么不同?

A3:常见的电路类教材和课程共同点是:这些教材和课程构建都是从这个科目的小知识点开始,然后通过知识点的积累,试图让学习者合成这个科目的全貌。大家可以任意选10本电子教材看看是不是这样。但是这是不完整的。因为任何一个整体包含的信息都远大于各个部分所包含的信息之和,电子电路更是如此,各部分之间有信息交换,有逻辑承启,还有能量流动。在这样的化整为零的过程中,各部分之间的联系被弱化甚至割裂。当课程将近结尾时出现了整体的可以工作的电路,学习者很有可能忘记了先前学过的局部知识,记性好的学习者即使记住了局部知识也很难理解各部分之间的有机联系,导致大部分学习者无法理解整体电路,从而得出电路难学的结论。

    本课程的特点是,1,实验领先,在每一项目由实验开始,学习者制作一个可以工作的,表达意义的电路模块;2,讲解这个项目完整的可以工作的电路模块电路含义及器件构成,顺便了解器件在这个电路里的特性;3,用到先学,不人为规定知识点的先后次序,服务于本项目;4,用简化的模型甚至卡通帮助理解电路。

要求学习者熟悉欧姆定律,至少准备基本实验器材,如数字万用表,面包板和基本元器件,这些东西总价100多元。仪器越好学到的东西越多,工欲善其事必先利其器嘛。如果配备数字存储示波器、DDS全合成数字信号源和可调稳压电源。


Q4:传说中模拟电子技术类课程难度很大,被戏称为“魔鬼”,学习之前有点怕怕,果真是这样吗?

A4:如果一门技术被认为难学,不外乎下面的原因,首先,学习这个技术的学习方法错误,所谓南辕北辙;第二,学习者的学习动力不足,学不好,然后把责任推掉,到处去说课程难;第三,不知道学了可以做什么,没有目的性;第四,这个确实难,超过了某个特定学习者的认知能力。

    对于学习方法,如果全中国的驾校都是先把学车人关起来学理论不让开车实习,所有人都会知道开车很难的。所以大家应该按照正确的方法做,所谓事半功倍。学习动力就不是老师可控制的了,希望这个课程有趣的安排让学习者知道要做什么,知道电子技术可以做什么,从而保持旺盛的兴趣和动力。所以希望学习者定下学习的目标,不是混学分而是学习真本领。那么请你做几个实验看看,是否超过了你的认知能力?

 

Q5:毛老师常常用学开车或婴幼儿学习母语来类比学习电路,有道理吗?

A5:学开车或幼儿学语言,包括我们学习电子电路都是人类的认知活动,有内在共通性,都是人类掌握实操性知识技能的过程。试想一下,我们的父母给我们的幼儿教拼音,教语法,学汉字,然后根据语法才教句子,小朋友会不会疯了?或者我们去驾校学车,师傅们把我们关在教室里上课,讲解发动机的内部结构,离合器的操作原理和规范,学了一个学期是否会开车了?同样,我们学习三极管或者MOSFET,是准备拿来用的,内部载流子如何运动暂时和我们不相干。

    但是很多大专院校的电路课都是上课一学期,然后再做一学期电路实验,稍好些的几节课后再实验,这和我刚才讲的在教室里学车的故事是否类似?

    实践证明,让小孩在语言环境中学习语言,不拘泥于语法拼音;让学车人边开车边学习开车,是符合人类认知习惯的方法,学习电子技术是对电路语言(电路图和波形等)掌握和对电子电路的操控,理所当然也需要边实验边学习。


Q6:《电子技术综合实践》课程的目的是什么?

A6:首先,学会一种科学的,符合人类认知规律的学习方法。

其次,带着一个目标学习电路,做好自然界模拟信号的接口。比如让制作的电路听到拍手声亮灯,同时计数器加一。比如对自然界的声音大小用LED条的亮度显示出来;比如,判断一个声音来自系统的左面还是右面;等等。做了这些电子电路后就会对这个电路有一个全面的、可以举一反三的理解。

第三,培养学习者缜密的思维习惯和手眼协调能力。电路调试过程中会出现各种故障,分析这些故障必须清晰地理解原理,必须进行逻辑推理。


Q7:怎样学好这个课程?

A7:首先,深刻理解课程目的中提到的“学会一种科学的,符合人类认知规律的学习方法”,仔细回想一下自己在学母语或者学开车时的心路历程,有助于理解学习方法。邀请几位志同道合的同学一起学习。

其次,建立一个可以实现的小目标,比如,理解三极管人原理。可以参考我们的项目设置。有目标,办事会有效率。三极管人的介绍只有一页纸,一张图,估计3分钟可以读完,3分钟的东西你们可能要花30分钟甚至更长时间才能理解并重复实现,不理解就多读几遍,多和同学讨论。根据我的授课经验,尽管有微课视频,光三极管人原理,我重复了不下百遍。所以读书要走心。

第三,培养学习者缜密的思维习惯和手眼协调能力。我们在课堂上提出化整为零、步步为营、怀疑一切的调试原则,就是要学生将一个比较大的电路切分成自己完全理解的小模块,保证小模块正常的基础上再拼接其他正常的小模块,直到整个电路完成,这个思维习惯培养好了,生活都会更美好的。

第四,很多学习者有这样一个学习障碍,就是明明看懂了电路,就是没办法在面包板上搭接正确,三极管的三个脚转来转去就是不对。我们的教学经验表明,你就先模仿,我们的课件中包含了可以运行的、搭接正确的电路高清照片,或者是视频,你们照葫芦画瓢,先模仿再创造吧。你没看小孩说话一定是先模仿的。建议先模仿简单的,器件比较少的电路,然后再做大的。我们有同学开始搭接只有两个三极管的简单电路,就做了十几个小时,一旦他们跨过这个坎后,实验速度飞快。在这最初的十几个小时里,学生们打破固有的思维习惯,反思学习方法,新的习惯得以形成,收获巨大。


Q8:《电子技术综合实践》主要内容是什么?

A8:这门课的主要内容是入门的模拟电子技术和数字电子技术。先说模拟电子技术:这里的模拟并不是去模仿什么,模拟电子是一个一体词,含义是电信号在时间和幅度两个维度都是连续的。看看自然界中的各种参数,如温度、速度、压强、引力、流量、加速度等等都是时间和幅度连续变化的信号,这些参数都不会从一个数值变化到另一个数值而不需要时间。将这些参数通过合适的电子器件转换为电信号,这些电信号就会反映自然界的变化,显然这些电信号也是连续的,因而是模拟电子信号。只要我们还需要跟真实的自然界接触,那么我们不可避免地就会需要模拟电路,因此就需要模拟电路设计师。我们举几个例子:

    CPU是处理数字信号的。但是它没有办法用数字电路来监控自己的温度。这个接口永远会是一个模拟接口。具体来讲是一个温度传感器和模拟信号处理电路,温度传感器是一个随温度变化阻值的电阻,那么工程师设计的模拟信号处理电路就可以通过测量这个电阻感知温度的变化,如果温度超过设定值,(这里需要模拟电路中的比较器)就会输出一个电压信号,然后放大这个信号去驱动风扇给CPU降温。

    高级的CPU需要的工作电压要求很精准。比方说,就是1.0000V。各位想一想,这个1.0000V怎么实现呢?用数字电路是没有办法实现的,我们需要模拟电子电路的稳压电源。你在你的手机屏幕上划了一下,你的手机怎么能知道你划了一下呢?你的手机里有分析人体感应电容的电路,一定是模拟电路。

我们离不开模拟电路。模拟电路就好像是你的眼睛,耳朵,还有嘴巴,鼻子,手脚一样。

    课程中的数字电路部分就好比大脑,会进行计数,会逻辑判断,会存储。

    课程中按照一定规律排列的能实现各种功能的整体电路实验体现了课程的实践性。学习者模仿实验,思考问题,共同讨论,力求掌握电子技术的基本思路。


Q9:学习本课程真的只需要欧姆定律的基本知识吗,这可是初中就学过的啊。

A9:是的。如果你还没有学过欧姆定律,现学一下很简单的,用到先学嘛,这是我们这个课程的特点。还有,电子电路中器件的特性、示波器的波形等等都在平面直角坐标系中表达,这好像也是初中的内容,希望学习者有深入的理解。

    根据我们的上课经验,欧姆定律在平面直角坐标系上的表达对很多自认为精通欧姆定律和平面直角坐标系的同学感到茫然。举例来说,在纵坐标是电流,横坐标是电压的坐标系中,如何表示一个0欧姆的电阻也就是导线?或者是一个无穷大的电阻(开路)?这些需要学习者在实验过程中迅速建立关联,熟练运用。要记住,能够运用知识才是能力,肚皮里装了许多知识,而不会用,那是没有能力的表现。


Q10:如何考试?只做实验我们是不是不会做题目了?

A10:实验中每出现一次问题,就是一个很好的题目,而且答案就在你的仪表里,在你的实验板里,不用谁给你正确答案,当你看到光柱闪烁了,LED开始呼吸了,当你听到小喇叭响了,你得到的满足感是做题目无法比拟的。做实验的时候多想一点,老师为什么这样设计这个电路,如果你要自己设计会怎样做?当你把自己摆在设计师的位置上时,那些题目再也难不住你了。参考Q1.


Q11:据说,学习本课程需要有破案能力?

A11:对的,当你的电路出现故障时,你必须冷静地罗列出各种可能的原因;并一一排除。如果还没有排除故障,一定是你的思路还有死角,没考虑到所有的可能性,那就从头再来过。所以好好学习本课程,同时也锻炼了你的思维能力。

    教学中常常碰到这样的学生,埋头把电路搭接完成,没有出现预期的结果,但见一股青烟冒起,就大叫老师帮忙,这个就是自己放弃了锻炼提高思维的过程,推荐学生搭接一块自己能够理解的小模块,然后调试通过,再次搭接下一个模块,这称为步步为营。


Q12.我们会不会喜欢这门课程?

A12:根据我们多年教学和电路设计的经验,不少学生是先感觉喜欢电子类产品,然后打算好好学习;也有很大部分学生是学了课程后再建立兴趣的,因为电子技术课程是技术类课程,学习效果立竿见影,学完就能使用,特别是认真实验并真正理解原理后。学生在学习实践过程中虽然会遇到困难和挑战,但实验成功后那种成就感和快乐,是令人神往的。

 

Q13: 如何理解工程分析方法?

A13:通俗的讲,工程分析方法就是最简洁、最有效的近似分析方法,在工程分析误差可以接受的情况下,通过工程分析方法,可以将复杂问题简单化。比如分析某放大电路,用电路分析理论、计算机辅助计算分析方法得到的放大倍数是101.50,利用工程分析方法计算结果是100,这样的工程分析结果是可以接受的。

    在工程分析过程中半导体器件二极管、三极管、场效应管的等效模型中的一些参数,在一定条件下是可以忽略不计的,但是什么条件下可以忽略不计、什么条件需要考虑是有条件的,学生门学习过程理解了这些前提条件就可以熟练使用器件模型了。我们课程中最重要的器件模型就是三极管人模型和两个运放黄金法则。


Q14:为什么很多同学认为电子技术难学?

A14:很多人认为电子技术难学,原因是从小学开始,甚至从更早开始,小孩子就被灌输先学习简单的,后学习复杂的,先学局部再学全体的这样的套路,这就使我们的小朋友慢慢失去了从整体理解事物的理解能力和思维习惯,逐渐被局限于一个狭小的已知范围内,放弃了冲出自己思维藩篱,去探索新知识的能力。这也就大大限制了你们通过鲜活实际应用场景、电路环境或者计算机语言环境来快速提高自己学习能力的机会。

    无论学习说话、还是计算机语言,或是电路语言,一定要让自己习惯于在明显超过自己的理解能力的环境中学习,并调用各种理解工具(而不是仅仅限于文字理解),这是你们提高自己各种语言水平的最有效的方式。就如同刚降生的孩子一样,面对极为复杂的成人语言,他们调动全部的身心来理解,结果学习速度惊人。为什么不把这种学习母语的学习能力用来学习第二语言、来学习计算机语言、来学习电路语言呢?