电子课程实践教学方法探索

邓文婷，陈新兵

(广州大学 实验中心，广州 510006)

电子课程实践教学方法探索

邓文婷，陈新兵

(广州大学 实验中心，广州 510006)

根据多年的电类实验教学经验和培养应用型创新人才的理念, 针对电子电路教学，提出了一种理论与实验教学无缝结合的新方法——“解剖”电子产品的实践教学方法，并通过一个荧光灯电子镇流器的实例说明了整个教学方法的实施过程。该方案已应用到实际教学中,取得了良好的教学效果。

创新；实践教学；电子镇流器；电子产品

人才培养是高等院校发展的关键因素。经过多年的发展，我国在研究应用型创新人才培养模式这一领域，无论是在理论研究方面还是在实践应用方面都取得了很大的进步，但是很多方面的探索也处于待发展阶段，所以不可避免地还存在着很多问题。

实践教学是巩固理论知识和加深对理论理解的有效途径,是培养创新型高素质工程技术人才的重要环节,是培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台。深化理论教学是实践教学的出发点。

1 理论与实践对接研究的必要性及研究方式

电子电路课程是一门实践性很强的课程，一个电路的开发设计，电路参数的设定，元器件选型，以及合理性、安全性等各方面都需要通过实践才能真正领会和掌握。只有将理论课程中抽象的电子电路知识与实践相结合，以强化应用为重点，以能力培养为主线，以实践、实用为原则对学生进行针对性教学，才能充分发挥以学生为主体和以教师为主导的教学作用，培养懂技术、会管理、能操作的应用型、工艺型人才[2]。

本文提出了一种通过“解剖”电子产品的方法来实现电子课程的实践教学，流程如图1所示。

图1 “解剖”电子产品流程

2 案例分析——荧光灯电子镇流器的电路剖析与改进

2.1 了解研究对象及基本组成电路

市面上的电子产品很多，而且价格差异较大。指导老师可以指定某一类较为廉价的电子产品作为研究对象，由学生自行查阅图书资料，了解其电路原理及基本构造。

我们选取的研究对象是荧光灯电子镇流器。荧光灯是一种气体放电灯，在灯管内的气体放电前，荧光灯呈现高阻特性，通常近似为开路，在启动时需要一定的时间对灯丝进行预热，然后，用一个高电压触发，使得灯管内的气体放电并点燃灯。当灯点燃后灯管将稳定在一定的工作频率，这时灯电阻可用一个纯电阻来代替。荧光灯电子镇流器的主要功能是利用高频开关变换技术，将灯的电流限制到需要的值。

荧光灯电子镇流器的工作原理[3]：将220 V、50 Hz市电经EMI滤波后，再由AC-DC变换器将市电电源转换为平滑的直流电压，接着进行功率因数校正，再经DC-AC逆变器将直流电压转换为高频交流电，来为荧光灯供电。其结构如图2所示。它的特点是灯管点燃前高频高压，灯管点燃后高频低压(灯管工作电压)。

目前，最广泛使用的是具有电压馈电半桥式逆变器类型的电子镇流器。

图2 电子镇流器结构图

2.2 选型及购置产品

这个阶段要求学生自己进行市场调查，通过调查和对比后，按照实践要求购买一款具体的电子产品。型号、规格由学生自己决定，难易程度由自己掌控。如果准备工作较充足，且具有较好的基础，可以选择较为复杂的产品；如果能力一般，可选择较简易的产品。

我们购入的是一款市面上常见的荧光灯电子整流器，额定功率为30 W。

2.3 绘制具体电路图

要求学生根据实物先手绘出电子产品的原理图，再用Altium Designer软件完成原理图的绘制。

Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows XP操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计[4]。Altium Designer绘制原理图的流程如图3所示。

图3 AD绘制原理图流程

图4是本次购买产品的内部电路原理图。

这一步非常考验学生的细心和耐心，往往一点点小疏忽就可能造成电路的“全盘”皆错，对下一步的分析造成极大障碍。

2.4 分析电路原理

要求学生根据之前查阅的相关资料，剖析产品电路的各部分功能电路原理，并形成文字说明。

1)EMI滤波器

L1、C1、F0构成了EMI滤波器，作用是对来自电网的电磁干扰进行充分衰减，同时阻挡电子镇流器产生的电磁干扰侵入电网。

2)桥式整流器

D1的四个整流二极管构成了桥式整流器，将50 Hz的市电电源转换为平滑的直流电压。

3)无源功率因数校正(PFC)电路

由三个二极管D5、D6、D7和两个电容C2、C3组成部分滤波无源PFC电路。该电路利用电容的“不完全即部分平滑”来延长整流二极管的导通时间，使二极管的导通角约达120°，电流为零的死区时间缩短到半周期的1/3。

图4 电子镇流器内部原理图

4)DC-AC半桥逆变器

电阻R1、R2、电容C5、双向二极管D13及二极管D8组成自振荡启动电路；Q1、Q2为作为开关使用的功率晶体管；T1为可饱和脉冲变压器；L2为电感器，它与电容C4、C9组成了LC串联谐振电路。

加电后，直流总线电压通过R1、R2对电容C5充电，当C5上的电压被充电到D13的击穿电压值时，D13雪崩击穿而导通，通过D13的电流注入Q1的基极，使Q1导通。此时的电流流向为：C4-上灯丝-C9-下灯丝-L2-T1b-Q1-R5-地。电流对C9充电。

在Q1导通后，C5通过D8和Q1放电，其电压下降，不能再使D13导通，启动电路对Q1不会再产生作用。振荡建立后的维持依靠T1绕组间耦合产生正反馈实现。

在Q1导通后，其集电极电流从0开始增大的过程中，会在磁环变压器初级绕组T1b和两个次级绕组T1a、T1c中产生感应电动势，其极性是同名端为负，致使Q1的基极电位升高，其集电极的电流进一步增大，直至Q1进入饱和导通状态，变压器T1饱和。T1达到饱和后，各个绕组的感应电动势急剧下降，Q1的基极电位降低，集电极电流减小，T1c产生的感应电动势试图阻止Q1集电极电流的减小，其极性是同名端为正，致使Q1的基极电位加快了降低速率，Q2的基极电位则升高。这种连锁式的正反馈迅速使Q1截止、Q2进入饱和导通状态。在Q2饱和导通时，C9放电，电流路径为：C9-上灯丝-C4-Q2-R6-T1b-L2-下灯丝-C5。

一旦T1的磁芯进入饱和，连锁式的正反馈很快使Q2退出饱和并进入到截止状态，而Q1从截止状态进入饱和状态。如此周而复始，Q1和Q2轮流饱和导通，半桥在Q1和Q2的中间点输出近似方波的脉冲，通过灯启动电容C9的电流方向交替变化，使L2和C9等组成的LC串联电路发生谐振，在C9两端产生一个高谐振电压脉冲并施加到灯管两端，将灯管击穿、点亮。

在Q1与Q2导通转换期间存在一个电流为0的死区时间，以避免两个晶体管发生“直通”而损坏。在死区时间内，与Q2并联的电容C8起到了续流作用，从而可保证流过灯管的电流连续。

5)荧光灯输出电路

输出级采用LC串联网络，C4为交流耦合电容，并起到隔直流的作用。L2和C9组成了LC串联电路，当其发生谐振时，在C9两端产生一个高压并施加到灯管两端，使灯管击穿而点亮，灯一旦被点亮，扼流圈L2仅起到了稳流作用。当灯管被启动之后，LC电路的固有频率主要由L2和C9来决定。而电子镇流器的工作频率则由DC-AC逆变器的振荡频率决定。

2.5 用AD软件绘制PCB图

要求学生利用Altium Designer软件绘制电子产品的PCB图，设计流程如图5所示。

图5 AD设计PCB图流程

PCB图设计中需要注意的是，元件的布局与走线对产品的寿命、稳定性、电磁兼容都有很大的影响。一般来说应该注意以下原则：

1)放置顺序。首先，放置与结构有关的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类；然后，放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC等；最后，放置小器件。

2)散热问题。对于大功率电路，应该将那些发热元件，如变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，不要集中在一个地方，也不要离电容太近以免使电解液过早老化。

3)两面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合。

4)元器件的封装一定要与实际元器件相符，线宽及焊盘孔径的大小要根据电气要求进行修改。本次设计完成的PCB图如图6所示。

图6 电子镇流器PCB图

3 结束语

通过“解剖”电子产品的方法，学生对实际的电子产品进行了深入研究和分析，并完成了PCB板的设计，整个实践过程其实就是一个“新”产品的设计过程。通过此类实训，学生能够将理论知识真正地应用到实践当中，并且能了解到自身的学习缺陷，能够在今后的学习中去不断完善。由于本次的实训时间有限，并没有将电路改良部分包含进去，今后将会不断完善，通过分工合作的方式，争取让学生一次性体验到产品设计的整个过程。

[1] 房国志.大学生创新思维培养的探索与实践[J]. 电气电子教学学报,2007,29(3):109-111.

[2] 谢勇,胡学龙,管旗. 建立电子信息类大学生实践能力的标准[J]. 实验室研究与探索,2009,28(7):135-137.

[3] 毛兴武,祝大卫.新型电子镇流器电路原理与设计[M].北京:人民邮电出版社,2008:41-66.

[4] 谢陈跃,谢斌盛.电工电子基础实习[M].北京:中国大地出版社,2008.

Exploration of Practice Teaching Methods of Electronic Course

DENG Wenting, CHEN Xinbing

(Lab Center, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China)

According to the concept of training creative students who could apply the theoretical knowledge they have learned to the actual objects, this paper puts forward a practical teaching method of “dissecting” electronic products which can combine theoretical and experimental teaching together. One shows the whole process of the implementation of the teaching methods through an example of fluorescent lamp electronic ballast.

innovation； practice teaching；electronic ballast；electronic products

2013-09-09；修改日期: 2014-02-13

2013年广州大学教育教学研究基金资助项目(JYY201318)。

邓文婷(1983-)，女，硕士，实验师，主要从事电工电子类实践课程的教学与管理工作。

G642.4；TN710

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.02.037