電子工藝基礎訓練是電子信息類各專業(yè)的一門技術實踐基礎課程,它從基本元器件認知,基本焊接技能入手,引導剛剛進入電子信息領域的學生開展實踐學習。教材中總結了河海大學聲通315團隊近年來在教學實踐、學科競賽實踐、產學研實踐中積累的經驗,以常用典型實例引導,結合問題分析,加強基本技能訓練;同時注意吸收專業(yè)領域內的先進技術,如仿真技術等內容。
前言
與發(fā)達國家相比,中國的高等教育在嚴守規(guī)范的契約精神、積極探索的實踐創(chuàng)新意識、理性分析的批判性思維能力等方面的培養(yǎng)均需要更進一步加強,對此國家和學校采取了諸多辦法,有的已收到了良好實效,受到了學生的歡迎和社會的好評。作者所在的河海大學聲通315團隊(以下簡稱315團隊)從2002年建立以來,堅持以“學生成為最好的自己,在和諧進取的氛圍中練就過硬的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力”為培養(yǎng)理念,已培養(yǎng)出300多名社會責任意識與專業(yè)技術水平都受到社會好評的本科畢業(yè)生。從2013年起,為了將團隊的培養(yǎng)經驗讓全院學生分享,學院又讓315團隊的10多位教師共同承擔了學院400多名學生的“電子工藝基礎訓練”課程,采用學生通過兩周完整的時間進行該課程學習的方式,使全體學生在電子工藝規(guī)范、電子設計和電子工程創(chuàng)新三個方面得到一定的基礎性培養(yǎng),受到了學生廣泛認可。
在這些實踐教學中,有以下幾點體會:
實踐教學目標需要緊密切合企業(yè)對人才培養(yǎng)的需求。因此,在接受教學任務后,團隊10多位教師和40多名學生先后多次到企業(yè)和兄弟院校進行了調研。在對企業(yè)的調研中,了解到企業(yè)對學生最為關注的是“嚴守規(guī)范的契約精神”,而且企業(yè)當下對新入職員工在規(guī)范培養(yǎng)上花的精力很大。為此,我們感到,應在每一教學過程中都對相應的規(guī)范加以強調,如電烙鐵的使用規(guī)范、每個電子儀器的使用規(guī)范、安全用電的規(guī)范、進出實驗室的規(guī)范等,而且均應特別提出,并作為評定成績關注點和要點之一。同時,在規(guī)范的培養(yǎng)過程中,應由學生參與管理,事前師生一起學習相關規(guī)范,并擬定共同遵守的細則,據此引入學生互評機制,教師進行過程調控,在實踐過程中培養(yǎng)學生嚴守規(guī)范的契約精神。
實踐教學模式需要緊密結合學生的認知需求。包括兩個方面:教師適時適度地輔助指導和以學生作為實踐主體的中心地位。
課程教學團隊在探索中發(fā)現(xiàn),當每個老師指導人數(shù)不大于8人時,實踐教學效果最優(yōu),而本科教學中,一般給每個自然班(約30人)配備一名主講教師,因此并不能保證實踐教學效果最好。解決的辦法是,借鑒團隊運作成熟的“梯隊人才培養(yǎng)模式”,在每個自然班發(fā)展并建立4~5人的小輔導老師隊伍,協(xié)助主講教師完成實踐教學指導,以保證最多8個學生獲得一個人的指導。其中,小輔導老師的來源是授課班級中的315團隊成員。期望成為團隊成員的學生在大學一年級即可自主申請進入315團隊,至電子工藝實踐開課時,由于每個成員在團隊已接受了一個學期以上時間的培訓和考核,因此每一位成員不僅懂得實踐應知應會規(guī)范,而且更具備了制作簡單電子電路的基本技能。為了使這些期望的成員達到小輔導老師的要求,團隊老師可利用暑期對全體小輔導老師進行針對性的培訓。培訓內容包括:基本元器件的識別、Protel軟件的安裝和使用訓練、制板工具的使用、電路板的焊接與調試訓練等。在培訓過程中,團隊老師協(xié)同小輔導老師對每一個模塊內容整理了一套簡單的操作流程,對于手工制板錄制了相應的視頻教程,方便在實踐教學過程中學生預習。在每個培訓結點,展開討論,并對每個人遇到的問題及解決方法進行匯總、共享,便于實施過程中遇到相同的問題時,小輔導老師能夠快速準確地進行解答。培訓結束后,要結合電子工藝實踐教學的具體實施項目,進行集體備課,針對當次實踐要求的基礎題目和提高題目,每個人親手做一遍,對于過程中遇到的問題進行交流總結和分享,提高輔導的效果。通過集中培訓和集體備課成長起來的小輔導老師,可以比較有效地解決1師8生問題,確保對每一位學生指導到位。
[TPMY.tif,+8mm。148mm〗〖1〗前言學生是電子工藝實踐教學的主體,對于剛升入大二的學生而言,他們多數(shù)只具備簡單電路的基本理論知識,沒有接觸過畫電路圖、制作單元電路的過程。為了確保每一位學生在兩周教學時間內能聽懂、學透、獨立完成實踐項目,團隊教師以學生為中心,將課堂下移,延伸課堂外學習。同時,對教學過程進行了優(yōu)化,把教學過程分為四個階段:第一個階段學習基礎知識。這一階段重視課前預習,以提高基礎入門信息量。在課前下發(fā)關于基本元器件的認識和制作項目原理講解的電子講稿,方便學生預習。好的開頭是成功的一半,有了預習做基礎,就可以在課堂上給學生介紹很多優(yōu)秀的學生電子設計作品,重在激發(fā)學生的興趣與對電子設計的感知認識。第二個階段學習Protel畫原理圖和印制電路板(PCB)圖。軟件的安裝包以及安裝方法提前一天下發(fā),安裝到學生自備的計算機上,對于安裝不成功的學生由輔導老師輔助,保證軟件在課前安裝到位,不影響學習進程。課堂進度跟著學生走,教師講解,學生同步操作,每一位小輔導老師負責解答附近8位學生的問題,主講教師每講解20分鐘左右,就會暫停一段時間,給同學們解決自己遇到的問題,并練習剛剛講過的內容。盡量讓每一位同學不僅能夠入門,還要明明白白地掌握,以提高整體學習效率和學習水平。第三個階段練習焊接。課前下發(fā)錄制好的視頻,供學生提前自學,課堂上著重講解焊接規(guī)范中的注意事項和常見問題。學生進行焊接練習時,1師8生現(xiàn)場指導。焊接過關后,進入第四個階段——學習實踐制作,內容包括手工制板、焊接和調試。通過講解和演示手工制板的完整過程,即打印電路圖、熱轉印、腐蝕電路板、鉆孔、電路板測試、元器件測試、電路焊接和電路調試等,加上預習視頻的輔助,學生可以較快地上手,獨立實踐制作的過程。其間,1師8生指導不間斷,隨時解答學生遇到的問題。這樣以學生為中心,課堂下移的教學過程,可以較好地提升學習效果。
考核不僅僅是一種評價方式,更是促使學生對知識和技能精確熟練掌握的有效手段。為此,除第一個學習階段外,在其后每一個階段的同步講解學習和練習之后,采取隨機抽題的方式,加入考核環(huán)節(jié)。重點考察學生應用所學知識解決具體問題的能力和不足,給出改進建議,做出評定?己藰藴视芍髦v教師給出,涵蓋了PCB整體布局、焊點質量、作品運行情況等。小輔導老師交叉對學生的軟件和硬件作品打分,避免人為因素對評定的影響。
以每一位學生為中心的電子工藝實踐類課程,旨在引導學生熟悉應知應會的規(guī)范,在電子設計和制作中能夠做到游刃有余;通過實踐,學生體驗自己的智慧和雙手設計制作出自己想要的東西,感受那種躍變的過程;通過實踐,激發(fā)學生深入學習專業(yè)知識的熱情,享受電子設計的樂趣。
在兩周集中實踐結束后,教師給學生布置基本要求和提高要求兩方面的課后作業(yè)。其中,基本要求是每位學生必須完成的;疽蟮膬热菔,撰寫課程報告,報告中除對收獲與體會進行總結外,特別要求對本次課程教學內容、教學方法、教學手段、教學形式等提出意見與建議。提高要求的內容是,依據個人興趣與特長,對本次課程的實踐項目進行拓展、創(chuàng)新、優(yōu)化。學生用四周時間完成課后作業(yè),并在全班進行作業(yè)交流答辯,課后作業(yè)及答辯環(huán)節(jié),給學生獨立思考、總結提高提出了要求,旨在對學生批判性的學習能力進行培養(yǎng)。
本書內容是315團隊師生10多年實踐能力培養(yǎng)與近年來通過課程教學由點帶面的總結。由于水平有限,書中還存在不少錯誤和不妥之處,作者熱忱希望使用本書的師生和其他讀者給予指正,幫助改進。在完成書稿的過程中學習和參考了許多同行的教學學術成果,在此深表謝意。
本書為江蘇高校品牌專業(yè)建設工程資助項目(PPZY2015B141)和國家自然科學基金資助項目(11274092)。
編者
機工授權書
前言
第1部分電子工藝設計基礎知識
第1章基本電子元器件1
1.1電阻器和電位器1
1.1.1電阻器和電位器的型號1
1.1.2電阻器的主要技術指標2
1.1.3電阻器的標識方法3
1.1.4常用電阻器5
1.2電容器6
1.2.1電容器的分類和型號6
1.2.2電容器的主要技術指標8
1.2.3電容器的標識方法9
1.2.4常用電容器9
1.2.5電容器的應用及注意事項12
1.3電感器和變壓器13
1.3.1電感器的結構特點及分類13
1.3.2電感器的型號及常用類型14
1.3.3電感器的主要技術指標15
1.3.4電感器的標識方法16
1.3.5變壓器16
1.4半導體分立器件——二極管和雙極型晶體管16
1.4.1二極管16
1.4.2雙極型晶體管20
1.5集成電路27
第2章焊接技術29
2.1焊接的基本工具29
2.1.1電烙鐵29
2.1.2焊料30
2.1.3焊劑31
2.2手工焊接技術31
2.3焊接的要求及質量檢驗36
2.3.1焊接的要求36
2.3.2焊接的質量檢驗36
第3章印制電路板的設計與制作38
3.1元器件庫的創(chuàng)建與繪制38
3.1.1原理圖庫的創(chuàng)建38
3.1.2封裝庫的創(chuàng)建44
3.1.3集成庫的創(chuàng)建48
3.2原理圖的創(chuàng)建與繪制50
3.2.1畫圖前的準備50
3.2.2元器件布局53
3.2.3布線55
3.2.4檢查與完成57
3.3PCB圖的創(chuàng)建與繪制58
3.3.1PCB圖的生成58
3.3.2元器件封裝布局60
3.3.3PCB的布線60
3.3.4檢查與完成64
3.4電路板制作介紹65
3.4.1打印PCB圖65
3.4.2覆銅板的預處理67
3.4.3轉印電路圖68
3.4.4蝕刻電路板69
3.4.5焊接元器件70
3.5電路板設計的常見問題及解決方法70
[TPMY.tif,+8mm。148mm〗〖1〗目錄第4章儀器儀表與電子測量技術73
4.1電子測量儀器73
4.1.1分類73
4.1.2主要性能指標74
4.1.3抗干擾措施75
4.2常用儀器介紹80
4.2.1直流穩(wěn)壓電源80
4.2.2示波器80
4.2.3數(shù)字萬用表85
4.2.4信號發(fā)生器88
4.3測量誤差和數(shù)據處理89
4.3.1測量誤差的來源、分類89
4.3.2測量誤差的表示方法90
4.3.3測量數(shù)據的處理——有效數(shù)字及其舍入原則91
4.3.4測量數(shù)據的表示方法92
第2部分電子設計實例
第5章基礎型電子設計實例93
5.1實例一直流線性穩(wěn)壓電源的設計與制作93
5.1.1原理93
5.1.2電路制作95
5.1.3電路調試96
5.2實例二信號合成器的設計與制作97
5.2.1方波產生電路的設計與制作97
5.2.2三角波產生電路的設計與制作99
5.3實例三51單片機最小系統(tǒng)的設計與制作100
5.3.1原理101
5.3.2電路制作101
5.3.3電路調試102
5.4實例四多路搶答器的設計與制作102
5.4.1原理103
5.4.2電路制作104
5.4.3電路調試105
5.5實例五聲光雙控燈的設計與制作106
5.5.1原理106
5.5.2電路制作106
5.5.3電路調試107
第6章仿真型電子設計實例109
6.1實例一EWB實踐操作——基于555定時器的方波信號發(fā)生器109
6.1.1EWB5.0的基本界面109
6.1.2EWB5.0的基本操作方法110
6.1.3EWB實踐操作——基于555定時器的任意占空比方波信號發(fā)生器112
6.2實例二Multisim實踐操作——RC橋式振蕩電路115
6.2.1Multisim10的基本界面115
6.2.2Multisim10的基本操作方法117
6.2.3Multisim 10實踐操作——RC橋式振蕩電路119
6.3實例三Proteus實踐操作——單片機流水燈電路121
6.3.1Proteus的基本界面121
6.3.2Proteus實踐操作——單片機流水燈電路的模擬調試121
第7章提高型電子設計實例133
7.1實例一寬帶信號發(fā)生器133
7.1.1設計任務要求133
7.1.2系統(tǒng)方案設計133
7.1.3理論分析和參數(shù)計算134
7.1.4電路與程序設計135
7.2實例二Σ-Δ型A/D轉換電路138
7.2.1設計任務要求138
7.2.2系統(tǒng)方案設計139
7.2.3理論分析和參數(shù)計算141
7.2.4電路與程序設計143
7.3實例三電能無線傳輸裝置144
7.3.1設計任務要求144
7.3.2系統(tǒng)方案設計145
7.3.3理論分析與計算146
7.3.4電路設計147
7.4實例四簡易頻率特性測試儀149
7.4.1設計任務要求149
7.4.2系統(tǒng)方案設計150
7.4.3理論分析與計算151
7.4.4電路與程序設計153
7.5實例五微弱信號檢測裝置155
7.5.1設計任務要求155
7.5.2系統(tǒng)方案設計156
7.5.3理論分析與計算157
7.5.4電路與程序設計158
第3部分團隊模式下提高本科生實踐創(chuàng)新能力的探索實踐
第8章提高“電子工藝基礎訓練”課堂教學實效的探索與實踐161
8.1團隊模式下提高“電子工藝基礎訓練”課程教學質量的探索與實踐161
8.1.1在實踐課程建設中引入團隊先進理念161
8.1.2建立“三位一體”雙循環(huán)教學模式161
8.1.3重視過程管理,保證教學相長雙循環(huán)162
8.1.4探索與實踐小結164
8.2團隊模式下培養(yǎng)“電子工藝基礎訓練”課程骨干同學的探索與實踐165
8.2.1學習先進經驗,基于實情建團隊165
8.2.2通過“學生團隊建設”提高學生實踐創(chuàng)新能力的探索167
8.2.3探索與實踐小結169
第9章“電子工藝基礎訓練”課后以點帶面的探索與實踐171
9.1借鑒“雁陣效應”提高大學生實踐創(chuàng)新能力的探索與實踐171
9.1.1“雁陣效應”的成因分析171
9.1.2仿效“雁陣效應”提高大學生實踐創(chuàng)新能力的實踐探索173
9.1.3探索與實踐小結176
9.2有效利用從眾心理開展大學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索與實踐176
9.2.1從眾心理的成因及其負面影響176
9.2.2克服從眾心理負面影響的實踐研究177
9.2.3探索與實踐小結178
9.3團隊模式下培養(yǎng)本科生科技創(chuàng)新能力的探索與實踐179
9.3.1持之以恒,建設培養(yǎng)體系,構建交流互動機制179
9.3.2傾情投入,引導學生科研,培養(yǎng)創(chuàng)新能力180
9.3.3學以致用,實施校企合作,提升工程實踐素養(yǎng)181
9.3.4精心組織,指導學科競賽,增強學生綜合素質181
9.3.5堅持不懈,潛心教學研究,共享教書育人成果183
9.3.6探索與實踐小結184
附錄185
附錄A安全常識185
A.1安全用電185
A.2觸電及防護185
A.3電子制作過程中的安全防護189
附錄B二極管的主要參數(shù)190
B.1常用二極管的主要參數(shù)190
B.2常用整流橋的主要參數(shù)191
B.3常用穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)192
附錄C晶體管和場效應晶體管的主要參數(shù)192
C.13AX51(3AX31)型PNP型鍺低頻小功率晶體管的主要參數(shù)192
C.23AX81型PNP型鍺低頻小功率晶體管的主要參數(shù)193
C.33BX31型NPN型鍺低頻小功率晶體管的主要參數(shù)194
C.43DG100(3DG6)型NPN型硅高頻小功率晶體管的主要參數(shù)194
C.53DG130(3DG12)型NPN型硅高頻小功率晶體管的主要參數(shù)195
C.69011~9018型塑封硅晶體管的主要參數(shù)196
C.7常用場效應晶體管的主要參數(shù)196
附錄DIC型號命名方法197
參考文獻206