“電磁兼容技術(shù)”課程案例導(dǎo)入式教學(xué)實(shí)踐

劉述喜,雷紹蘭,李 山,張 蓮

(重慶理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化系,重慶400050)

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用,電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)已成為當(dāng)今任何一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的組成部分[1]。我校自2004年開始,為電類專業(yè)學(xué)生開設(shè)了“電磁兼容技術(shù)”課程(32學(xué)時(shí)),旨在幫助學(xué)生建立起電磁兼容的概念,掌握電磁兼容原理,熟悉其技術(shù)及應(yīng)用。

電磁兼容學(xué)科涉及電子、通信和材料等多學(xué)科理論。與之相關(guān)的“電磁兼容技術(shù)”課程是在掌握電路理論和電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)之上,通過電磁干擾源的特性分析、電磁干擾信號(hào)耦合機(jī)理分析和電子設(shè)備及系統(tǒng)敏感機(jī)理分析。本課程介紹了電磁兼容設(shè)計(jì)方法、技術(shù)途徑、預(yù)測(cè)方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。該課程具有理論聯(lián)系實(shí)際密切、工程實(shí)踐性較強(qiáng)、知識(shí)內(nèi)容龐大和新內(nèi)容不斷更新等特點(diǎn)。

1 案例導(dǎo)入式教學(xué)

案例導(dǎo)入式教學(xué)法是指在教學(xué)過程中,在介紹某個(gè)原理或方法時(shí),通過案例引出問題,讓學(xué)生先對(duì)問題思考。所提出的問題可以是待介紹的概念、方法適用的情形,也可以是某方法的應(yīng)用步驟或應(yīng)用方法時(shí)的注意事項(xiàng)[2]。

通常,由教師或?qū)W生自己提出電磁兼容案例。案例的選擇一定要與教學(xué)進(jìn)度緊密相連,難易適度;教師分組布置學(xué)生查找有關(guān)資料,進(jìn)行案例分析,初步擬定解決問題的方案;小組交流討論,得出較為詳實(shí)的書面報(bào)告;由教師主持課堂交流,每組學(xué)生推舉1～2名學(xué)生講解其見解和思路。全班交流是課堂教學(xué)的高潮,是形成教學(xué)結(jié)果的重要環(huán)節(jié),也是全班學(xué)生經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)的共享過程。最后由教師對(duì)整個(gè)討論過程進(jìn)行歸納和評(píng)估,修正對(duì)案例問題的分析,進(jìn)一步完善解決方案。學(xué)生課后完成案例分析報(bào)告,最終完成理論與實(shí)踐的完美結(jié)合。

2 應(yīng)用實(shí)例

在選擇案例或設(shè)置問題時(shí),要圍繞課程主要章節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容或難以理解的原理和方法進(jìn)行設(shè)置,注意體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的連貫性[3]。

例如在講解電磁兼容接地技術(shù)的時(shí)候,可引入案例“DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)芯片接地設(shè)計(jì)”。筆者曾用DSP芯片 TMS320F2812制作了一塊電機(jī)控制板,該芯片上有5類典型電源引腳和CPU核電源引腳、I/O電源引腳、模擬電路電源引腳、PLL電路電源引腳和Flash編程電源引腳,如圖1(a)所示。因此選擇DSP芯片電源(接地)設(shè)計(jì)作為案例,具有代表意義。在設(shè)計(jì)中,數(shù)字部分和模擬部分需要獨(dú)立供電,有兩種方案可供選擇,一種方法是采用被動(dòng)濾波電路,如圖1(b)所示。用磁珠或電感將模擬地和數(shù)字地連起來,根據(jù)電流大小選擇磁珠或電感,這種電路最大優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單,對(duì)大多數(shù)應(yīng)用已經(jīng)可以滿足要求;另一種是如圖1(c)所示的多路穩(wěn)壓器方法。它提供的去耦效果更好。但必須注意,模擬地和數(shù)字地必須連在一起(通過電感),且電路復(fù)雜,成本高。在教學(xué)中,學(xué)生拿著實(shí)物,對(duì)照原理圖可以對(duì)接地的作用,單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地及混合接地的概念有了一個(gè)清楚的了解,并留下深刻的印象。

圖1 DSP控制芯片接地設(shè)計(jì)

“電磁兼容技術(shù)”這門課程最后一部分內(nèi)容是電磁兼容的應(yīng)用,是學(xué)生比較關(guān)心和感興趣的內(nèi)容。該部分主要講述電磁兼容在電子設(shè)備、電力電子裝置、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)注意的問題。筆者在講述電力電子裝置的電磁兼容這部分內(nèi)容時(shí),發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)寄生電感和寄生電容的概念比較抽象。

以功率MOSFET器件為案例,在課前讓幾位學(xué)生在面包板上搭建一個(gè)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。MOSFET器件采用 IRF3205,驅(qū)動(dòng)芯片采用SG3525,原理圖如圖2所示。圖中Vc為數(shù)控式線性直流穩(wěn)壓電源LPS-305,頻率10kHz。在課堂上教師與學(xué)生一起,借助數(shù)字示波器測(cè)試MOSFET漏源極電壓波形及負(fù)載電流波形。

圖2 MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路原理圖

由圖3(a)可見,電壓方波出現(xiàn)了高頻振蕩現(xiàn)象,此時(shí)可向?qū)W生解釋出現(xiàn)此類現(xiàn)象的可能原因,例如線路寄生電感引起。我們接線不規(guī)范,驅(qū)動(dòng)線太長(zhǎng)引起,接下來進(jìn)行整改,并注意觀察示波器波形,得到圖3(b)所示波形。可見高頻振蕩消失了,但較大的電壓浪涌仍未消除,可作為一個(gè)問題留給學(xué)生去思考。因此,對(duì)照實(shí)物現(xiàn)場(chǎng)講授,讓學(xué)生親自參與體驗(yàn),能夠感受到電磁兼容的重要性及相關(guān)措施的必要性。上述兩個(gè)案例僅僅是個(gè)例了,在“電磁兼容技術(shù)”這門課程教學(xué)中,我們還可以找到很多類似的案例。

3 結(jié)語

我們?cè)凇半姶偶嫒菁夹g(shù)”教學(xué)中采用案例導(dǎo)入式教學(xué)法,可以改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方法。這樣可以減輕學(xué)生接受抽象概念和方法的難度,加深對(duì)書本內(nèi)容的理解,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,提高課堂教學(xué)效率。對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也具有積極的意義。

但這種方法也存在一些問題,例如耗費(fèi)課時(shí)較多,學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的部分欠缺,以及能否積極的配合等等都會(huì)影響到教學(xué)的效果。

[1] 王志亮.“電磁兼容技術(shù)”課程雙語教學(xué)的探索[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(1):103-104

[2] 閆國立,高德富.案例導(dǎo)入式教學(xué)法在中醫(yī)統(tǒng)計(jì)學(xué)教學(xué)中的體會(huì)[J].北京:中醫(yī)教育,2008,27(6):47-48

[3] 陳凌.管理類課程的“導(dǎo)入式”教學(xué)模式探索[J].北京:中國電力教育,2008,124(11):64-65