数字电子技术论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇数字电子技术论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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2数字电子技术在网络中的重要程度

随着经济水平的不断发展，随着网络技术的不断发展，人们与网络之间的联系也愈加紧密，数字网络技术的产生和发展，可以说极大地推动了网络的发展，也提升了网络与用户之间的关系。

2.1数字电子技术可以使信号处理更加方便

数字信号是运用数字电子技术的载体来实现的，与其他信号相比，数字信号具有很多优势，它能够抵制其他干扰性的信号，信号的传输没有其他杂音出现，还能通过一些手段实现信号的加密处理，同时数字信号不容易丢失，在传输的过程中可以实现存储，数字电子技术产生的数字信号，还可以使的数字信号的接收装置变得更加细小，甚至可以仅仅通过一个比手指甲盖还小的装置就可以实现数字信号的存储和转换。二进制代码是数字通信和计算机网络共同采用的代码，这种一致性使得计算机和数字信号能够很顺利地进行联网。

2.2数字电子技术推动了集成电路的形成

随着数字电子技术在网络中的不断应用，数字信号应运而生。与传统信号相比，数字信号的安全性能更加强大，外界信号对数字信号的扰动能力较差，在数字信号的传输过程中，可以有效地保障数字信号的质量，还能实现超长距离的信号传输。另外由于数字电子技术的应用和发展，数字信号在传输的过程中，为了强化其安全性，还可以通过加密的方式来保障数字信号的安全性能。数字电子技术在网络中的应用，还可以推动集成电路的形成，使信号的传输和存贮、转换更加微型化。

3数字电子技术在网络中的应用

数字信号的产生和应用，可以看成是数字电子技术在网络中应用的起源。数字信号超强的信息处理能力和传输能力，也在一定程度上推动了网络的发展。

3.1数字电子技术可以使网络中的信号数字化

信号的数字化需要进行抽样、量化和编码等关键步骤。信号的抽样就是指将以前连续的模拟信号进行分离处理，然后通过随机选择的方式，通常是遵循一定的时间规律来将抽取出来的信号进行序列化处理，进而代替原先连续的模拟信号。信号的量化是指将数字信号中幅度相似的值来取代原先连续性的模拟信号，与信号的抽样相比，信号的量化也是将连续性的模拟信号进行分离处理。信号的编码，是将模拟信号数字化的最后一个环节，信号的编码是建立在信号的抽样和量化的基础上，将量化后的模拟信号通过编码步骤，进而转换成二进制的数字信号。将模拟信号转换成数字信号，是数字电子技术在网络中的关键应用，极大的提升了网络信息的传输速度，也扩张了网络信息的传输途径，推动了网络的发展与应用。

3.2网络应用数字电子技术可以实现信号处理的能力

数字电子技术在网络中的应用，可以加大网络对信息的处理能力。网络借助数字电子技术可以有效的对数字信号的处理。将模拟信号进行编码处理后，将会变成离散的数字信号，数字信号具有传输快，受干扰性较低，信号失真少等特点，而且经过转换后的数字信号，在传输过程中还具有一定的安全性能，有助于网络对这些数字信号的处理能力，同时也加快了信号的传输效率，提升网络的运行速度，网络的运行速度提高了，不仅加快了网络的发展，也紧密了网络与用户之间的关系。

3.3数字电子技术有助于对网络信息的高效处理和传输

数字电子技术在网络中的应用，能够加速网络信息的处理能力和传输效率，网络信息在处理的过程中，应用数字电子技术能够加大信息的处理，实现对数字信息的规模化、集成化、快速化的处理。在信息传输过程中，应用数字电子技术可以提升信息传输的效率，数字信号具有抗干扰性和传输快等特征，特别是运用数字电子技术将模拟信号转换成数字信号后，更加有助于信号的传输。在信号检索方面，数字电子技术将模拟信号转换成数字信号后，一旦将信息处理完毕，还可以再次通过信号转换，从而实现将数字信号转换成模拟信号。信息通过数字信号的方式，或者信息运用数字信号的媒介，可以提升信息传输效率，还能有助于数字通信的发展。

篇（2）

在充分分析课程内容的基础上，我们设计了一套“板书式”的多媒体教学课件，实现了多媒体与教学思路的同步、与传统板书的有机结合。

所谓“板书式”的多媒体课件，是指根据教学思路，将复杂的器件内部结构、电路原理图以及时序图等，按照其内在的逻辑关系、时序关系，以动画的形式分层、逐步的出现。这样，一方面节省了大量板书画图表的时间，提高了教学效率；另一方面，利用了多媒体形象、动态、多彩的特点，弥补了传统板书的不足，使现实中原本动态的、立体的内容重现其动态本质，使教学生动、直观，活跃课堂气氛。通过动画的剖析，充分展示了教师分析问题、解决问题的思维过程，有助于培养学生的学习和思维能力。

三、EDA技术的引入

数字电子技术基础主要包括数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路等。这些内容理论难以掌握，但通过一些与实际生活联系紧密的实例，用实验的方式可以直观形象地展示电路的功能及特性。如555定时器可构成门铃电路、监控电路；触发器可组成抢答器；计数器可以组成数字电子钟等。

在理论课教学中，由于无法接触到实物直接用于实验实现，我们引入了EDA技术用于搭建虚拟电子工作平台，主要是用到EWB软件。

EWB（E1ectronlcsWorkbench）又称虚拟电子工作平台,目前EWB已经成为在我国高校电子技术课程教学中应用最为广泛的一种软件，被誉为“计算机里的电子实验室”。教师在理论教学过程中可随时利用EWB对所讲授元器件或电路进行仿真和分析，增加学生对所学知识的感性认识，提高理论教学效果。学生也可利用业余时间自己动手使用EWB分析设计各种在实验教学中无法实现的电路，开展各种探索性、研究性实验，培养创新能力。这一切仅需要一台计算机和一部EWB软件，不再受场地、实验学时、设备等各种客观条件的限制。

四、EWB在课堂教学中的应用

在课程讲授中，我们结合多媒体课件，首先提出问题引导学生思考，例如，在讲授触发器章节内容时，先引入了基本RS触发器的电路图，如图1所示，要求同学们分析这个电路的真值表，因为通过组合逻辑电路章节的学习，这个分析工作他们是能够胜任的。通过课堂讨论，同学们纷纷表示，这个电路真神奇，用的还是基本的逻辑门电路，但是输出不仅仅跟当时的输入有关，还跟电路以前的输出有关。

引起了同学们的兴趣后，我们又在EWB平台上进行仿真实验，验证了我们分析得到的真值表。通过预分析和仿真实验，学生们对触发器这类电路很感兴趣，接下来的内容就很容易被大家接受了。如图2所示。

在讲授优先编码器内容时，根据优先编码器的原理，我们设计了一个8线-3线优先编码器，它具有8个低电平输入有效的编码输入端和1个低电平有效的编码器片选信号。输出为3位二进制反码。电路设计出来我们需要了解其效果，以验证电路是符合我们的真值表的。在EWB的库中，74148是一个根据我们的设计思路实现的8线-3线优编码器，其功能表与我们的真值表完全一致，所以用74148代替我们设计的电路，连线后利用高电平有效的红色探测器演示输出信号的高低电平情况，发现当片选信号为低电平并且所有的输入编码请求都无效时，显示输出编码结果三盏灯全亮，说明输出编码结果为“111”，如图3所示；当片选信号为低电平并且输入编码端7有效时，不论其它输入编码端是否有效，显示输出编码结果的三盏灯全灭，说明输出编码结果均为“000”，如图4所示，与真值表一致。

通过EWB的仿真演示，学生们不仅掌握了优先编码器的功能，还了解了其使用方法，促进了他们对组合逻辑电路设计方法的信任，对自己设计结果的信心。

五、结语

教学手段的不断进步是课程教学模式改革的基础。从教学方式上，我们将单一的课堂讲授，转变为课堂教学、实验教学等多种形式交叉并用的新型教学方式。注重“教师主导、学生主学”的教育思想，在改革教学方法的同时，将传统教学手段与先进的教学手段相结合，通过把电子教案、多媒体课件等多种教学手段引入教学过程中，极大地丰富了教学内容。

而通过课堂上的仿真实例，不仅让学生了解EDA技术，而且也帮助学生加深对抽象概念的理解，增加授课的生动性和灵活性，激发学生的学习兴趣，大大提高教与学的效率，达到了事半功倍的效果。

【摘要】《数字电子技术基础》是通信、电科、自动控制等专业的一门重要的专业基础课，是一门实践性较强的课程。将理论学习与实验教学无缝衔接一直是电子技术教学过程中需要着重解决的问题。本文拟将EDA软件带入数字电子技术基础课程的理论教学中，以此培养学生的学习兴趣，提高教学效果。

【关键词】数字电子技术课程教学改革

参考文献：

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2教学模式和教学策略的改革

2．1转变教学理念

在数字电子技术的传统教学中，采用的是“教－学－练”的教学模式。而现如今，信息大爆炸和独生子女教育的负面问题，使得学生的自我约束能力降低，学习主观能动性降低，传统教学模式不再合适，转变教学模式势在必行。ISEC项目中，教学模式为“引导－问答－探究－发现”。教师不再是教学活动中的主体和灵魂，而是要形成以学生为中心，教师为主导的教育理念，真正成为高等教育中的“导师”而是“教书匠”。引导不仅仅是对教学内容的引导，还有对学生的能力训练的引导，精神追求的引导。因此，任课教师首先要对本门课程的历史沿革、理论体系和前沿发展具有深入的了解，在教学中能够为学生传授更加贴近实际，更加符合专业培养目标的理论知识。课堂教学模式需要从单一向学生传授教科书上的现成知识，转为以提高学生的能力为主要目标的教学活动。学生不再只是被动的接受和记忆，而是要在主动思考和提出问题的过程中，将听到的、看到的内容转化为自己的。通过小组合作讨论的形式，探究更深层的知识，既提高学习的兴趣和效率，又能在讨论中学会与他人合作、分享，而最终具有将理论知识应用到实际中的能力。

2．2互动式教学

受传统文化的影响，我国的教师更喜欢站在讲台上讲课，而国外的很多教师，更偏向于走到学生中间。课堂实践证明，站在学生中间更容易引起学生的共鸣、认同和学习兴趣。消除了空间上的距离感，同时也会减轻学生心目中的隔阂感，更容易对自己的老师产生认同感，而对任课教师的认同是影响学生学习的一个很大的因素。在课堂中，还可以采用其他很多种互动的方式。例如，(1)可以将简单的授课内容分配给学生来讲。这类内容大多零散、连贯性差、偏重概念理论，如果由教师讲，很容易使得学生在听讲中感觉枯燥乏味，而由他们自己来讲解，就可以解决这一问题，同时又可以锻炼学生的总结和语言表达能力。(2)可以将人们喜闻乐见的娱乐节目中的竞赛形式引入课堂中，将枯燥的知识点融入到竞赛题目中去，同时制定合理的奖励政策，这将大大提高学生的学习兴趣和学习积极性，并能促进学生利用课余时间去学习，为课堂学习做准备，提高课堂学习效率。

2．3任务教学法

在数字电子技术课程中，可以选择数字电子钟的设计作为一个任务，它既包含数字电子技术课程的主要内容，既有组合电路的部分，又包含时序电路的设计，同时又是生活中常见的实物，难度也在可控的范围内。学生需要独立地制定设计方案、选择设计元件、评估设计成果。通过一个任务的完成，使学生在获得基本知识的同时，又锻炼了多方面的能力，一举多得。

3过程性考核形式改革

课程的考核评价是教学过程的一个重要组成部分，当前考核方式的弊端已经制约了良好学风的形成和教学质量的提高，不利于学生创造性思维的培养，不利于调动学生学习的主动性和积极性，考试失去了它所具有的评估、反馈功能。过程性考核要求闭卷考试的成绩不得超过总成绩的40%，增加例如小论文、研究报告、市场调研、案例分析、答辩、口述、面试等其他多种考试形式。同时，学生的出勤和课堂参与情况也是一个考核的方面。采用多元化、过程性的考核方式，既可以避免学生只在考试前一周突击学习和抄袭的不良风气，又能够促进教学互动，同时还可以锻炼学生应对多种挑战的能力，对新世纪能力型人才的培养具有重要意义。

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2.采用问题式教学增强学生主观能动性

传统的课堂教学基本上以知识传授灌输的方式为主导，对学生的引导启发不够。学生的自主思考机会太少，对其创造性的培养跟不上，这都极大地限制了学生的创造性的自我培养，与素质教育的目标是背道而驰的。另外，传统教学过程中把学生做为被动的接受者，这使得学生没有机会参与教学，只会人云亦云，缺乏独立思考。这样机械的教学模式一方面限制会教师教学风格的发挥，另一方面更限制了学生个性的培养和发挥。兴趣是最好的老师，我们需要通过培养学生的兴趣才能有效地提高教学质量，这就对我们进行传统教学模式的改革提出了要求。可以通过提问产生课堂互动，从而启发引导学生，营造出一种愉快的课堂氛围。使师生之间充分的互动起来，可以使教师由传统的传道授业形式转化为教学过程的组织者，从而调动学生的自主学习积极性，使学生能够主动思考，有利于改善教学效果。对于问题式教学，我们应该有针对性地结合学校的自身特点和具体情况采用这种教学方法，把传统的知识点讲解型转变为问题导向型，以提高学生的主观积极性。比如在讲授时序逻辑电路之前，提出由触发器构成加法计数器的问题，在讲授过程中，让学生带着问题有所侧重的学习各知识点，并参与问题的讨论。

3.加大实验环节提高学生实践能力

数字电子技术课程是一门实践性很强的课程，该课程不能仅仅只局限于为学生后续的专业课学习打好基础，还应培养学生理论联系实际，分析完整系统，掌握系统设计的能力。在教学过程中实验是一个非常重要的环节，通过实验环节的设置和进行，目的是培养学生的解决实际问题的能力和动手能力。在教学过程中，要使培养学生理论联系实际能力的最直接途径便是加大实验环节。现有条件下，在实践性教学过程中安排的实验大多都是基础性实验，能提高学生动手能力和创新能力的设计性实验尤为缺乏。学生仅仅通过基础性的实验不能涉及到知识与技术的前沿，如此一来将不能适应现在新技术发展的需求。另外，做实验时只要求学生按步骤机械地操作，将会减弱学生的学习兴趣，制约其创造力的培养，也不能很好地锻炼学生查找资料、安装调试等方面的能力。设计性实验应该考核学生综合应用所学知识的能力。可以选取一些应用性的课题，例如十字路通灯控制电路等。要求学生查阅资料、综合所学，完成实验方案的自主设计，选取合适元器件实现电路的功能。另外，EDA技术的Multisim模拟仿真软件，提供了多种数字电子技术元器件模型，通过实验环节的设置能够让学生很方便地在电脑上完成电路的设计和调试，有利于激发学生的探究和思维能力。

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修改教学大纲和授课计划，缩减“数字电子技术”课程的授课学时，由64学时改为48学时。在教学内容上要紧跟科技发展，结合实际工作需求调整教学内容，保证基础知识讲透彻，减少冗余知识点，摒弃陈旧内容，增加前沿科技，深入浅出的引导学生学习。对本科生教学要注重基本电路原理分析，将简单器件的原理解释清楚。将该课程分解为“数字电子技术”和“数字电子技术实验”两门课，增加实验课时，增加对实验室的建设投入，开放实验室，建立大学生创新实验室，鼓励学生利用实验室自主学习。

二、教学方法改革

1.探究式教学

在理论教学中，注意引导学生主动提出问题、思考问题、解决问题，以增强其对理论知识的理解。首先由老师提出问题，启发学生采用新方法解决问题。例如，由具有逻辑相邻性的最小项相加可以合并为一项，并消去一个不同因子，启发学生是否可以利用图形的方式，使逻辑相邻的最小项在几何位置上也相邻，由此引出卡诺图化简。在CMOS门电路讲解中，可以由普通CMOS反相器输出端直接连接引起的短路问题，引出OD门来解决输出端线与的功能。

2.计算机辅助教学

多媒体辅助教学（CAI）已经成为一种广泛应用的教学方式，在教学中如果能够充分利用多媒体技术，将大大丰富课程的内容、增强其理解性。因此在教学改革中，对PPT进行全面改进，增加电路板、集成芯片等实物照片，对复杂的工作原理和物理现象增加动画演示。在传统PPT教学的基础上，充分利用电路仿真软件Multisim对电路工作过程进行模拟仿真。该软件提供了一个丰富强大的元件库及虚拟仪器，可对复杂的电路原理图进行仿真分析。例如，教学过程中，理论分析之后，用该软件对CMOS和TTL门电路进行仿真，通过仿真软件可以测量出门电路各部分原件的电压、电流值，与理论分析相结合，使学生更容易理解CMOS和TTL门电路的基本原理。受到实验设备、经费、课时等条件的影响，理论知识有很大一部分不能在实验课当中得到验证，因此借助Multisim软件对数字电路进行仿真，可以提高学生的学习兴趣，增加学生理论与实践相结合的能力。

三、实践教学改革

1.实验教学

实验是工科类专业中非常重要的一个环节，通过亲自动手实验，可以增强学生对理论知识的理解，适当增加实验的趣味性，更容易激发学生的学习兴趣。但在实验教学中发现，很大一部分学生对理论知识掌握不牢固，其实验过程只是机械的按照实验指导书中的步骤进行操作，而并不思考其原理，也不会通过理论分析来判断实验结果的正误。针对这种情况，进行了如下改进：首先要求进行实验预习，提前复习相关理论课程，并通过分析得出实验内容的理论数据。其次在实验之前对实验原理进行讲解，强调实验注意事项。最后在实验结束后进行总结，将理论分析结果与实验结果相对比并分析误差原因。

2课程设计

数字电子技术课程设计是在学生完成《数字电子技术》、《Multisim仿真分析》《DXP电路设计》等课程之后，独立完成一个电路系统的设计，例如多路抢答器、电子闹钟的设计等。以往的选题由教师决定，导致部分学生对指定选题没有兴趣，设计积极性不高。我们做了如下改进，由教师对已有固定选题进行难易评估，学生可根据自身能力选择不同难易程度的题目，对于创新性思维活跃、动手能力强的学生，可自主选择题目，由教师对其复杂程度进行控制。选题完成之后，要求学生自主查阅资料，确定设计方案，并通过Multisim对电路进行仿真，仿真实现之后，通过DXP绘制电路PCB，完成电路板的制作，最后对电路进行安装和调试，以达到设计要求。

四、考核方式改革

将课程总考核成绩分为三部分：平时成绩占30%、期中考试占10%、期末考试占60%。其中平时成绩分为到课率、作业、课堂提问、课堂笔记几部分。增加平时成绩比重，并细化平时成绩考核内容，更有利用督促学生重视日常学习。传统闭卷考试形式，学生需要识记内容较多、负担较大，很多学生通过死记硬背应付考点，而开卷考试又不适合主干课程的考试。因此我们创新式的改变传统期末考试形式，采用半开卷考试方式。提前要求学生在复习时对重点知识进行归纳，并总结在一张A4纸上，期末考试时允许且仅允许携带该一张A4纸。通过自己完整的归纳总结一遍，学生可以更好地理解所学知识，并在不知不加深了记忆。这种方式在近几次的期末考试中取得较为满意的效果，既可以检查学生掌握知识的水平，也反映出教学中存在的问题，以便在以后的教学中改进。

五、结束语

科技发展越来越需要具有工程技术和创新能力的人才，在课程改革中要紧跟时代的步伐，注重对学生动手能力和创新能力的培养，教师也要不断学习提高自身水平，才能使教学质量不断提高。在教学中逐步引入双语教学，引导学生查阅外文文献资料，与国际接轨。此外，对电子技术兴趣较为浓厚的学生，要组织他们积极参加全国大学生电子设计竞赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛等。总之，只有不断的改进教学方法，更新教学内容，注重创新能力培养，加强实践教学，才能提高教学质量，培养出社会需要的有用人才。

作者:郑丽媛 李如 单位:河南科技学院机电学院 河南科技学院高等职业技术学院

参考文献：

[1]任希，侯建军，李赵红，路勇，曾涛.研究性教学在“数字电子技术”课程中的探索[J].电气电子教学学报，2010.08

[2]赵航.“数字电子技术”课程教学改革与实践[J].吉林工程技术师范学院学报，2012.04

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二、基于CDIO教育理念的“数字电子技术”课程教学模式重构

1．课堂授课策略的重构

目前，在多数高校中“数字电子技术”课程普遍采用的是“教师讲授+多媒体教学”的传统教学形式，主要以教师讲解为主，以帮助学生熟练掌握基础知识为指导思想，一般是先利用幻灯片向学生介绍本章节涉及的逻辑单元的内部结构、工作原理和逻辑功能等，然后通过例题给学生讲解组合逻辑电路或时序逻辑电路的工作原理及其实现过程。在整个课堂教学过程中，学生更多的是充当“听众”的角色，跟着教师的思路去理解、记忆相关的知识点，学生的“学”完全围绕教师的“教”来进行，这种传统的教师主动“教”的模式，只能带来学生被动“学”的困境。不可否认，这种教学方法对学生快速掌握课程知识点具有显著的效果，但是，也会导致学生在未来工作中面对实际的工程项目束手无策的尴尬局面。根据CDIO“做中学，学中做”的理念，教师要改变原有的教学方法，采取能培养学生的自主学习能力和创新能力的基于问题的教学方法(Prob-lembasedLearning，PBL)。PBL教学方式是先由教师在课前提出根据教学目标精心设计的具有启发性的问题，再由学生通过查阅相关资料学习解决问题的“教与学”紧密结合的过程。在这个教学过程中，作为课堂教学主体之一的教师是学习方法的引导者、基础知识的讲授者、创新教学模式的整体设计者、学习过程的监控者、学习质量的评价者和师生互动之间的协助者;而作为教学过程中心的学生，需要自己解决学习问题，承担自主学习的责任，成为学习过程的真正主体。“数字电路技术”课程中组合逻辑电路这部分教学内容，教师可以立足于生活引出“数字显示抢答器”的设计问题，由学生分组讨论并各抒己见，让学生的自得到尊重，让学生的学习兴趣得以激发，在学生完成设计后，教师在现场用电子电气设计自动化(ElectronicDesignAutomation，EDA)软件Multisim搭接电路并仿真实效，对学生的设计做出评价，EDA软件具体可参考文献。这样的教学模式，不仅能让学生在解决问题的过程中掌握相关的知识技术和学习策略，也有利于学生更好地适应未来职场上创新性的开发工作，而于教师本身而言，也是一个教学相长的过程，对教学水平的提高和职业技能的开拓都大有裨益。

2．教学内容的重构

“数字电子技术”原有课程教学内容以数字逻辑电路的基础知识和原理为主线，教学目标主要是让学生了解或验证相关的知识点。在现有教学内容和目标的框架下，学生虽然能够掌握单一的知识点及其应用技巧，但不清楚如何在整个项目中合理地使用各类技术，形成“只见树木，不见森林”的认知习惯，造成学生知识结构的单一性和浅薄性。笔者在教学过程中，经常遇到学生反映教学内容枯燥难懂，在未来工作中又没有实际意义，由此形成了教学主客体的双重尴尬局面。在CDIO特色的教学内容体系下，通过项目设计将整个课程体系有机、系统地融合起来，所有的教学内容都围绕该项目展开;符合CDIO模式思想的“数字电子技术”教学内容，需要教师能从较高层次把握这些内容各自的地位和作用，帮助学生理清课程中各种内容之间的关系，从而凸显设计和应用，改变过去重视原理、忽视设计、忽视应用的状况。“数字电子技术”课程教学内容以原理、设计和应用为主线，将课程教学内容划分成与之对应的三个部分:(1)数字电子技术原理部分，涉及逻辑门电路和触发器等;(2)数字逻辑电子电路设计部分，涉及组合逻辑电路和有记忆功能的时序逻辑电路等;(3)数字电子技术应用部分，涉及硬件描述语言、EDA电子仿真实验和硬件电路调试实验等。笔者拟建立基于CDIO特色的“数字电子技术”教学内容体系，如图1所示，虚线框的内容代表教学内容，实线框的内容代表教学内容相应教学的作用。

3．教学评价模式的重构

在传统教学评价模式中，理论考试和实践考试分离，课程考核基本采用单一笔试的考评方式，像大部分课程仍采用“期末成绩(70%)+平时成绩(30%，包括出勤和作业两个部分)”的评价模式，该模式简单公正，但注重的是理论知识的考核。这种考核方式仅仅反映出学生对理论知识的掌握程度，很难体现学生的实践能力和工作态度;此外，这种只关注结果的考核评价具有较浓的功利色彩，学生也仅仅为考试而学习，没有主动参与学习过程的热情，根本体会不到学习的乐趣，更谈不到创新能力的提高。CDIO创新教学模式的愿景是要为工科学生提供一种强调工程基础、建立在实际工程上产品的C—D—I—O过程的环境基础上的工程教育;而基于CDIO的教育理念构建的课程考核评价方式，应将培养符合产业界的工程师需要具备的各种能力和素质变为学生考核的主要目标。因此，我们拟建立以教师、实验师和学生三方为主体，结合学习过程、项目结果和考试三方面的综合评价模式，在这种评价模式下课程的成绩评定，采用“结果性”考核与关注学生在学习过程中体现出的态度、素养、人际团队能力和工程系统能力等“过程性”考核相结合的模式来决定。减少“结果性”期末理论考核在总评中所占比例，设定比例为35%，重点考查学生的知识和技术。加强“过程性”考核的力度，提高平时考核所占比例，学习过程和项目结果占的比例为65%，重点考查学生的能力和态度。学习过程考核主要由课堂表现16分和协作成绩14分组成，教师评课堂表现，学生互评协作成绩;项目结果考核中项目质量和创新占20分，项目答辩占10分，这两部分成绩是教师和实验师针对项目团队打出的，互评成绩5分是根据项目组内根据对项目的贡献程度由学生互评得出，既能使成绩总体上取决于团队成绩，使学生重视团队协作，又能衡量在一个项目组内各学生对项目贡献的大小。然而，项目设计的结果往往不是唯一答案，因此，要重点关注有特点、亮点的设计方案，并给予大力鼓励与表扬。总之，“结果性”和“过程性”课程的考核评价不仅注重知识和技术的评价，而且要注重能力和态度的评价。

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在工作点稳定电路中的应用要进行静态分析，就必须求出三极管的基电压，必须忽略三极管静态基极电流。这样，我们得到三极管的基射电子的相关过程及结论。

二、纳米电子技术急需解决的若干关键问题

由于纳米器件的特征尺寸处于纳米量级，因此，其机理和现有的电子元件截然不同，理论方面有许多量子现象和相关问题需要解决，如电子在势阱中的隧穿过程、非弹性散射效应机理等。尽管如此，纳米电子学中急需解决的关键问题主要还在于纳米电子器件与纳米电子电路相关的纳米电子技术方面，其主要表现在以下几个方面。

（1）纳米Si基量子异质结加工

要继续把现有的硅基电子器件缩小到纳米尺度，最直截了当的方法是采用外延、光刻等技术制造新一代的类似层状蛋糕的纳米半导体结构。其中，不同层通常是由不同势能的半导体材料制成的，构建成纳米尺度的量子势阱，这种结构称作“半导体异质结”。

（2）分子晶体管和导线组装纳米器件即使知道如何制造分子晶体管和分子导线，但把这些元件组装成一个可以运转的逻辑结构仍是一个非常棘手的难题。一种可能的途径是利用扫描隧道显微镜把分子元件排列在一个平面上；另一种组装较大电子器件的可能途径是通过阵列的自组装。尽管，PurdueUniversity等研究机构在这个方向上取得了可喜的进展，但该技术何时能够走出实验室进入实用，仍无法断言。

（3）超高密度量子效应存储器

超高密度存储量子效应的电子“芯片”是未来纳米计算机的主要部件，它可以为具备快速存取能力但没有可动机械部件的计算机信息系统提供海量存储手段。但是，有了制造纳米电子逻辑器件的能力后，如何用这种器件组装成超高密度存储的量子效应存储器阵列或芯片同样给纳米电子学研究者提出了新的挑战。

（4）纳米计算机的“互连问题”

一台由数万亿的纳米电子元件以前所未有的密集度组装成纳米计算机注定需要巧妙的结构及合理整体布局，而整体结构问题中首当其冲需要解决的就是所谓的“互连问题”。换句话说，就是计算结构中信息的输入、输出问题。纳米计算机要把海量信息存储在一个很小的空间内，并极快地使用和产生信息，需要有特殊的结构来控制和协调计算机的诸多元件，而纳米计算元件之间、计算元件与外部环境之间需要有大量的连接。就现有传统计算机设计的微型化而言，由于电线之间要相互隔开以避免过热或“串线”，这样就有一些几何学上的考虑和限制，连接的数量不可能无限制地增加。因此，纳米计算机导线间的量子隧穿效应和导线与纳米电子器件之间的“连接”问题急需解决。

（5）纳米/分子电子器件制备、操纵、设计、性能分析模拟环境

当前，分子力学、量子力学、多尺度计算、计算机并行技术、计算机图形学已取得快速发展，利用这些技术建立一个能够完成纳米电子器件制备、操纵、设计与性能分析的模拟虚拟环境，并使纳米技术研究人员获得虚拟的体验已成为可能。但由于现有计算机的速度、分子力学与量子力学算法的效率等问题，目前建立这种迅速、敏感、精细的量子模拟虚拟环境还存在巨大困难。

三、交互式电子技术手册

交互式电子技术手册经历了5个发展阶段，根据美国国防部的定义：加注索引的扫描页图、滚动文档式电子技术手册、线性结构电子技术手册、基于数据库的电子技术手册和集成电子技术手册。目前真正意义上的集成了人工智能、故障诊断的第5类集成电子技术手册并不存在，大多数电子技术手册基本上位于第4类及其以下的水平。需要声明的是，各类电子技术手册虽然代表不同的发展阶段，但是各有优点，较低级别的电子技术手册目前仍然有着各自的应用价值。由于类以上的电子技术手册在信息的组织、管理、传递、获取方面具有明显的优点。

简单的说，电子技术手册就是技术手册的数字化。为了获取信息的方便，数字化后的数据需要一个良好的组织管理和提供给用户的形式，电子技术手册的发展就是围绕这一过程来进行的。

四、电子技术在时间与频率标准中的应用

时间和频率是描述同一周期现象的两个参数，可由时间标准导出频率标准，两者可共用的一个基准。

1952年国际天文协会定义的时间标准是基于地球自转周期和公转周期而建立的，分别称为世界时（UT）和历书时（ET）。这种基于天文方面的宏观计时标准，设备庞大，操作麻烦，精度仅达10-9。随着电子技术与微波光谱学的发展，产生了量子电子学、激光等新技术，由此出现了一种新颖的频率标准——量子频率标准。这种频率标准是利用原子能级跃迁时所辐射的电磁波频率作为频率标准。目前世界各国相继作成各种量子频率标准，如（133Cs）频标、铷原子频标、氢原子作成的氢脉泽频标、甲烷饱和以及吸收氦氖激光频标等等。这样做后，将过去基于宏观的天体运动的计时标准，改变成微观的原子本身结构运动的时间基准。这一方面使设备大为简化，体积、重量大减小；另一方面使频率标准的稳定度大为提高（可达10-12—10-14量级，即30万年——300万年差1秒）。1967年第13届国际计量大会正式通过决议，规定：“一秒等于133Cs原子基态两超精细能级跃迁的9192631770个周期所持续的时间”。该时间基准，发展了高精度的测频技术，大大有助于宇宙航行和空间探索，加速了现代微波技术和雷达、激光技术等的发展。而激光技术和电子技术的发展又为长度计量提供了新的测试手段。

总之，在探讨了近似计算在静态分析中的应用问题、纳米电子技术急需解决的若干关键问题和交互式电子技术应用手册后，广大科技工作者对电子技术在时间与频率标准中的应用知识的初步了解和认识。在当代高科技产业日渐繁荣，尖端信息普遍进入我们生活之中的同时，国家经济建设和和谐社会的构建离不开我们科技工作者对新理论的学习和新技术的应用，因此说，本文具有深刻的理论意义和广泛的实际应用价值是不足为虚的。

【参考文献】

[1]张凡，殷承良《现代汽车电子技术及其在仪表中的应用[J]客车技术与研究》，2006（01）。

[2]李建《汽车电子技术的应用状况与发展趋势》[J]，《汽车运用》，2006（09）。

[3]陶琦《国际汽车电子技术纵览》[J]，《电子设计应用》，2005（05）。

[4]刘艳梅《电子技术在现代汽车上的发展与应用》[J]，《中国科技信息》，2006（01）。

[5]魏万云《浅谈当代电子技术的发展》[J]，《中国科技信息》，2005（19）。

[6]黄军辉，张南峰，管卫华《创办汽车电子技术专业——适应现代汽车技术的发展之路》[J]，《广东农工商职业技术学院学报》，2006（01）。

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（2）大量使用缩略语缩略语的大量使用是科技英语词汇的另一特点。缩略语主要分三类：①首字母缩略语如VCD（VideoCompactDisk）、ADC（Analog-DigitalConverter）；②将原来的单词缩略一部分字母变成新词如inf（oinformation）、lab（laboratory）、kil（okilogram）；③将两个词合成缩略为一个词，如transceive（rtransmitter+receiver）、positro（npositive+electron）。此外，科技英语词汇有不少源于希腊语和拉丁语，使用词根、词缀如friction（摩擦力）、expansion（膨胀）、radiatio（n辐射）、combinatio（n组合）等。此外，还有不少新兴词汇，这些词汇有的属于新造词，有的则为活用词，如hyperon（s超子）、antimatte（r反物质）、cyberspac（e信息空间）等。理解缩略语的使用方法后，在翻译科技文章时就会胸有成竹。

（3）需要时使用减词和增词英语与汉语在语言使用和表达方面有些不同，在翻译中，为更好地消除语言差异，翻译者应在准确理解和把握文章内涵的前提下，翻译出符合中文表达习惯的内容，这样有时势必要使用到一些增减词，才能使翻译表达顺畅、正确。只有增减都恰到好处，才不至于让读者摸不着头脑或产生歧义。减词翻译法又称省略法或省译法，指在译成汉语时，把原文中的某些词不译出来。常见的有代词、冠词、动词、介词、连词的省略。例如Allofusknowthattheconductivityofsemiconductorschangeswithtemperature.翻译为“众所周知，半导体的导电性随温度而变化。”（省译引导宾语从句的连词that），如果不使用减词翻译法，则失去了中文句子表达的严谨和规范性，无法体现科技英语简洁之美，甚至产生理解方面的歧义。增词的翻译是指译者在英译汉时，为了使译文通顺表达，在译文中增加某些必要的词，正确使用增词法，能使译文顺畅、语义清晰。常见的增词法有增加动词、某些概括性的词如inshort等。如TheletterIstandsforthecurrentinAmperes,Etheelectromotiveforceinvolts,andRtheresistanceinohms.字母I代表电流的安培数，E代表电动势的伏特数，R代表电阻的欧姆数。（E和R后均省略了standsfor），这是增加原文中省略部分的翻译法，如果不使用增词法，则中文句子无法成句，意思无法准确理解。增译和减译都是科技英语翻译中的实用和重要的技巧。翻译者唯有牢牢把握科技原文的风貌，对专业、英语、中文都有一定了解，才能做到熟练、准确地翻译，才能真实展现科技英语的科学之美。

二、电子科技英语的语法特点与翻译对策

（1）普遍使用被动语态电子科技英语作为工程技术类知识的载体，其语法特点之一是被动语态的使用频率远高于主动语态。原因是被动语态可以使科技人员在句子的开头就引出最重要的信息，被动语态将主语放在句首，读者可以第一时间关注到关键信息，而且使用第三人称的被动语态与使用第一、第二人称主语的主动语态相比可使描述减少主观色彩，更能体现科技论文侧重推理和客观准确的特点。如Threemachinescanbecontrolledbyasingleoperato“r.三台机器能由一个操作者操纵。”、Electronicsclosertothenucleusareheldmoretightlythanthoseintheouterorbits.“靠近原子核的电子比外层轨道上的电子结合得紧。”、Theelectricresistanceismeasuredinohms“.电阻以欧姆为测量单位。”、Ithasbeenprovedthatamaterial’sdimensionisoneofthefactorsinfluencingitsabilitytoconductelectric.“据证明，材料的尺寸是影响其导电能力的因素之一。”在翻译中如能准确把握各种时态的“be+V.过去分词”的被动语态结构，加之一定的科技英语专业知识和中文素养，那么就不难做到翻译的“忠实、准确、通顺”，也就是“信、达、雅”。

（2）广泛使用名词化结构名词化结构指表示动作意义的“名词+of+名词+修饰语”的语法结构。科技英语经常使用名词化结构代替日常英语中用动词表达的内容，能使文章更为简洁明了并能在有限的篇幅中承载更多的信息和内容。电子科技英语中也广泛使用名词化结构，使行文简练、结构紧凑。对比以下两种翻译：原文：数字集成电路对现代社会的影响是显而易见的。译文1：Theimpactofdigitalintegratedcircuitsonmodernsocietyhasbeenpervasive.译文2：Itispervasivethatdigitalintegratedcircuitshasimpactonmodernsocietygreatly.显然，译文1的名词化结构要比译文2的动词结构要言简意赅、浅显易懂。英汉互译时也要注意此点并将名词化结构准确翻译，不犯理解上的错误。

（3）大量使用定语从句和非谓语动词结构电子科技英语阐述定义或描述现象时常常需要对一些核心词汇进行限定修饰。采用定语从句进行修饰，可使被描述的定义或现象的适用范围更准确，如Thefirststageisatunedradiofrequency(RF)amplifier,themainpurposeofwhichistoimprovesignal-tonoiseratioandtoprovideasufficientdegreeofselectivity.翻译为“第一级为调谐高频放大器，其主要作用是改进信噪比并提供足够的选择性”，通过非限制性定语从句对RF的作业进行修饰，使得句子更为简洁，表达更为严谨精确。又如Theinductorisacoilofwirethatmayhaveanaircoreoranironcoretoincreaseitsinductance.翻译为“电感器是一组线圈，有的电感器是空心的（空气芯），有的线圈中有可增加其电感量的铁芯”。通过限制式定语从句对核心名词wire进行限定修饰，使inductor的定义更加清晰准确。动词不定式是非谓语动词的一种，可在句中起名词、形容词和副词的作用，可担任除谓语以外的其它任何成分，它使整体句子结构紧凑合理，指代关系更加明确、简洁明了。如Theabilityofamaterialtoconductcurrentdependsuponthenumberoffreeelectronsinthematerial.“材料的导电能力取决于材料中自由电子的多寡”。Whenonewantstomeasuretheelectriccurrent,voltageandresistance,onehastouseelectricinstruments.“人们想要测量电流、电压和电阻时需要使用电子仪器。”关注科技英语中的非谓语动词用法，有助于准确和顺畅翻译好英语句子和篇章。

（4）词序表达与中文不一致科技英文篇章中，还时有词序表达与中文不一致的情况，此时，应清楚区分中英文表达习惯的不同，不生搬硬套，而是在正确理解原文的基础上对语句加以结构重组，以达到次序调整，保证翻译的准确性。如Themaindevicefailuremodeissecondarybreakdown.如果直接译为“主要器件的实效模式是二次击穿”就错了，应调整语序翻译为“器件的主要失效模式是二次击穿”。Whileacurrentisflowingthroughawire,thelatterisbeingheated.错误译法是“电流流过导线时，电流在后面发热”，正确译法应为“电流流过导线时，导线就发热。”

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1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。

目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“开关变换类电源”,其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用多个独立的模块单元并联工作,采用均流技术,所有模块共同分担负载电流,一旦其中某个模块失效,其它模块再平均分担负载电流。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。

3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献

(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992

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现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。

当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

1.电力电子技术的发展

现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.1整流器时代

大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。

1.2逆变器时代

七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。

1.3变频器时代

进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

2.现代电力电子的应用领域

2.1计算机高效率绿色电源

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日"能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。

2.2通信用高频开关电源

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。

2.3直流-直流(DC/DC)变换器

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

2.4不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。

现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。

2.5变频器电源

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。

2.6高频逆变式整流焊机电源

高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。

国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。

2.7大功率开关型高压直流电源

大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。

自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。

2.8电力有源滤波器

传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓"电力公害",例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。

2.9分布式开关电源供电系统

分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。

八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。

分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。

3.高频开关电源的发展趋势

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

3.1高频化

理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统"整流行业"的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为"开关变换类电源",其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。

3.2模块化

模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于"标准"功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了"智能化"功率模块(IPM),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了"用户专用"功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。这样,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求,而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。3.3数字化

在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。

3.4绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。

总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。

参考文献：