“引导、思考、学习、制作、创新”理念的案例制作剖析

【摘要】针对《模拟电子技术》这门课的特点，在教学工厂理念的引领下，不断的研究教育教学方法，通过多年的教学实践，采用的“引导、思考、学习、制作、创新”的教学理念在课程教学中获得良好效果，本文介绍的UPS电源的设计与制作很好地阐述了该教学理念。

【关键词】教学工厂；模拟电子技术；UPS电源；实践创新

学而有思、思而有创、创而有行，要成为创新人才，其一，受过良好教育，掌握必要的专业知识和技能；其二，具备较强的自学能力；第三，具有求真务实、开拓进取、勇于创新和敢为人先的拼搏精神；第四，要有爱岗敬业、善于与人共事的团队精神。其中最重要的是要能自主创新。因此必须明确处理学习、思考和实践三者的关系，要把学、思、行结合起来。学习是基础，思考是关键，实践是根本。高职院校肩负着培养学生各项职业技能的使命，因此作为教师应该在如何培养学生的思、学、创上下功夫，积极的进行教育教学改革与实践，为学生各项素质及技能的形成铺路。

本文将讨论UPS电源的设计与制作，阐述采用引导、思考、学习、制作、创新的教学理念，旨在提高学生的学习积极性，努力创建学生主动学习的教学环境。

一、课程设计的理念

以兴趣为引领，来源于生活，构建学习主题；以典型产品和知识模块构筑教材体系；以了解企业需求为补充，把创新深入企业技改；以能力教育为本位，突出能力培养；一系列的教学手段、实践环节（典型产品+基本知识+竞赛）、工学交替，促进能力提升；以学习，技能培训和创新教育三融合，学创相长，构筑新的教学环境。

二、UPS电源的设计与制作

大家熟知的存储器分为ROM和RAM，其中的RAM掉电后数据会丢失，那么还有哪些情况下我们必需不间断的提供电源，答案大家去思考。

课堂教学要关注学生已有的经验和兴趣特点，从学生的现实生活出发，引导学生爱学、能学、会学、乐学。因此充分发掘现实生活中的例子，让学生明白学完这堂课或者这门课就有将理论应用实践的冲动，设想扩音器为什么能够将声音放大，家庭功放器为什么能播放优美的音乐，楼道灯为什么白天不亮，晚上亮，或者能受声音控制等，UPS电源是其中很好的一个例子。

不间断电源（以下简称UPS）在我们日常生活中随处可见，如学校、企业、银行和机关单位等，它的作用是在市电停止时，能够继续为不能断电的设备继续提供电能，为用户争取时间停止设备。那么这个UPS电源跟模拟电子技术有什么关联呢（引导与思考）？下面我们一一解答。

正弦波振荡电路：正弦波振荡电路为文氏桥振荡器，C1/C2/R1/R22/RP5组成选频电路，调节RP5可调整振荡电路的振荡频率，R3/R4/RP2组成正反馈电路，为振荡电路提供必要的电压增益，调节RP2可调整电路的正反馈量。

限幅放大电路：限幅放大电路是反相比例运算放大电路，由R13/R25/R26/RP6/U1B组成，调节RP6可改变电路的放大倍数。

开关机控制：开关机控制电路由继电器K1作为执行部件，当继电器吸合时，限幅放大器输出的信号对地短路，后级电路停止工作达到关机目的。

前置驱动：前置驱动电路为电压跟随器，由U1C组成，此电路不起放大作用，只为驱动功率放大电路，为功率管提供足够的驱动电流。

功率放大电路：功率放大电路采用简单的OCL功放电路，由R30/R31/R32/R33/R34/Q6/Q7组成，正半周Q7工作，负半周Q6工作，R34为电流取样电阻，电流越大其端电压越高。

输出切换电路：输出切换电路由D1/C13/K2组成，K2为双刀双掷的继电器，线圈工作电压为DC24V，D1和C13为整流滤波电路为K2提供工作电源，当输入的AC24V电压存在时，K2吸合输出自动切换到常用电源，不存在时输出切换到由升压电路提供的电源。

电源检测：电源检测电路由R35/D10/C17/U4组成，当输入电源AC24V存在时，光电耦合器U4导通，控制继电器K1吸合，升压电路停止工作，当无电源输入时，U4截止不参与对K1的控制，此时失压告警电路开始报警。

手动开关机电路：C15/R10/R11/S2/R24/LED2/U3B组成手动开关机电路，U3B为D触发器，按一次S2输出翻转一次，U3B的输出端Q通过D4控制开关机电路。

（二）制作与调试：知道UPS电源的工作原理后，我们熟知各个电路在整个系统中的应用，接着就是按照电路原理图准备器材。先测试各个元件的好坏，接着使用电烙铁焊接各个功能电路并进行电路调试，在调试过程中，需不断的总结调试经验，撰写调试笔记，以便今后能触类旁通。

在制作过程中融入企业的6S管理及行业规范，注重学生职业素养的培养。6S就是整理（SEIRI）、整顿（SEITON）、清扫（SEISOU）、安全（SAFETY）、清洁（SEIKETSU）、素养（SHITSUKEI）。另外加上Saving（节约）。在整个制作过程中使学生切身感受企业的氛围，对将来从事的行业有初步的了解。

调试前的准备工作：通过J3端子接入±12V和GND工作电源；通过J2端子接入AC24V；将RP1调整至接地端，即输出电压为0V；将RP6的电阻值调节到最小位置；将RP4的阻值调节到最小位置；接通±12V电源。

开关机控制电路调试：开关机控制电路的执行部件为K1，当K1吸合时由U1B输出的信号对地短接，升压电路无法工作。继电器K1由3个单元电路进行控制，分别为手动开关机电路、过流检测电路和交流电源检测电路，要调试其他电路前，应将先将以上3块电路调试正常，使K1处于断开状态。手动开关机电路调试：手动开关机电路以D触发器为核心，数据输入端D与输出端Q相连，S2作为D触发器的时钟信号，当S2按下时电路翻转一次，当LED2熄灭时，U3的13脚输出为低电平，手动开关机电路不参与对K1的控制。关闭过流检测电路：首先调节RP4使Q1电压为最小值。其次调节RP3使RP3动触点的输出电压为12V。最后按下S1键使LED1熄灭，此时U3A的1脚输出为低电平，证明过流检测电路未参与对K1的控制。AC24V电源不接入即交流电源检测电路不参与对K1的控制。

正弦波振荡电路调试。通电前将RP1调整到最小点，即RP1的动触点输出电压为0V。接通±12V电源，用示波器测量U1的1脚，观察电路是否起振，若未起振，调节RP2使电阻减小增大正反馈量，使电路起振。若输出的正弦波失真了，调节RP2使电阻增大减小失真度。调节RP5可改变电路的振荡频率。在调试振荡电路时通过调整RP5和RP3使电路输出频率为50Hz±1Hz的标准正弦波。

放大和升压电路调试。调节RP6使等效电阻值最小，调节RP1使RP1输出端的正弦波峰值电压为2V。检查压敏电阻RV1是否焊接正确。接入±12V电源并断开AC24V电源，用万用表测量J1电压，此时调节RP6使J1的输出电压为AC30V。

交流电源检测和输出切换电路调试：当AC24V接入时，D10和C17组成整流滤波电路，为光耦U4初级供电，光耦初级通电后次级导通，电流通过光耦次级，通过D2使三极管Q2导通继电器K1吸合，此时升压电路关闭。AC24V接入时，继电器K2吸合，交流输出端J1通过继电器K2的常开触点与J2接通；当AC24V未接入时继电器K1、K2断开，此时升压电路开始工作，由升压电路产生的交流电源通过K2的常闭触点输出到J1。

交流电源失电告警电路：失电告警电路由U5和相关的外部元件组成，当AC24V接入时，光耦U4次级导通，三极管Q3导通，音频振荡电路和间歇振荡电路输出的信号通过二极管D6和D7对地短路，此时喇叭不发出声音证明交流电源存在。当AC24V未接入时Q3截止，间歇信号通过Q4调制音频信号使喇叭发出滴滴滴…..的声音，告知使用者停电了。

过流检测电路调试：先按S2键关闭升压电路，R17/R28/C16/C12/RP4/Q1组成的三极管基本放大电路，调节RP4可改变电路的静态工作点，调节RP4使三极管C极电压为3±0.5V。RP3为比较器的参考电压设置点，调节RP3可调整过流保护的启动值。D触发器U3A和S1/C9/R9组成的过流保护锁存电路，S端为逻辑1时输出端Q为1，R端为逻辑1时输出端Q为0，S1作为过流保护后的清除按键。若电流过大超出设定值比较器输出为1，此时D触发器U3A输出端Q输出为1，通过二极管D3使K1吸合关闭升压电路，从而起着过流保护的作用，升压电路关闭后取样电阻R34无电压信号，比较器输出为逻辑0，但此时D触发器输出Q仍然为逻辑1，只能通过按下S1键使输出清零，从其启动升压电路。

整机试验：J3接入±12V电源，J2接入AC24V电源，此时J1电压等于J2电压，升压电路停止工作，当断开AC24V电压时，喇叭发出滴滴滴…..的报警音，J1的电源等于30V，按下S2键可开关J1输出的30V电压，当J1输出端短路时LED1点亮，J1输出电压等于0V，短路消除后按下S2键J1重新输出30V电压。

（三）案例小结：以上UPS不间断电源的制作，它来源于生活，又可以应用于生活，它的电路原理跟模拟电子技术密切相关，不难发现，其中包括了模拟电子技术的许多理论知识点，如二极管检波电路的应用，正弦波信号发生器，比例和功率放大电路，变压器及电源电路等，通过UPS电源的制作，学生可以大体复习了模拟电子技术的主要知识点，为后续功能电路的扩展奠定了基础。

三、小结

事实证明，采用引导、思考、学习、制作、创新的教学方法，不必等到学生学完全部知识点后，才去进行电子系统的开发应用。可以让学生在不断地学习过程中完成项目，不断地获得成功的喜悦。将学习模拟电子技术这一比较抽象、枯燥的过程变成学生乐于接受、积极思考、主动参与的过程。同时在电子产品项目制作过程中，模拟了企业产品的生产过程，在制作过程中锻炼了他们相互协助，相互交流的平台，为他们早日溶入社会奠定了基础，这种类似于教学工厂的设计理念在工科教学中取得了很好的成绩，值得推广。

参考文献

[1]陈仲林.模拟电子技术基础[M].人民邮电出版社， 2007，12.

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

[3]新编全国大学生电子设计竞赛试题精选[M].电子工业出版社，2009，4.

[4]丁晓.新编全国大学生电子设计竞赛试题精选[M].电子工业出版社，2009，4.

作者简介：

李雪峰（1980―），男，江苏常熟人，硕士，讲师，现供职于江苏城市职业技术学院南通校区、南通广播电视大学，研究方向：信息处理及嵌入式系统设计。

吴长贵（1981―），高级技师，现供职于南通广播电视大学，研究方向：PLC及控制系统设计。