УЧЕБНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХЭЛЕМЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ
Венславский Владимир Борисович
Забайкальский государственный педагогический университет (ЗабГПУ), г. Чита
Предлагается методика обучения основам анализа и синтеза электронных устройств, основанная на использовании модели “двухэлементной схемы” и информационных и коммуникационных технологий.
обсудить на форуме
написать автору
Из школьного курса известно, что в проектировании электронных устройств используется блочно-модульный принцип построения. Однако в учебной литературе для начинающих не обсуждается вопрос об элементарной типовой структуре, которую разработчик электронной схемы должен уметь проанализировать. Проблема заключается в том, что с момента изучения закона Ома вместо чёткой модели и доступной технологии ученику, попавшему даже в разряд радиолюбителей, приходится искать частные решения при анализе и синтезе простейших электронных устройств.
В качестве элементарной базовой структуры блок-схемы в большинстве случаев применяются четырёхполюсники, состоящие из двухэлементных Г-образных схем. Такая модель «базовой двухэлементной схемы» обобщает синтез большого количества устройств или их компонентов. Анализ режимов работы этих устройств выполняется аналитическим или графоаналитическим методом. Последний имеет большую перспективу, без него просто не обойтись при анализе «базовых двухэлементных схем», когда один из элементов нелинейный. Воспользуемся этим методом для анализа и расчёта режимов для всего списка возможных двухэлементных устройств. В качестве «рабочих элементов» в таких схемах применяются различные приборы, начиная с линейных резисторов, до реактивных и нелинейных элементов. В качестве «нагрузочного элемента» чаще используется линейный резистор, определение номинала которого наиболее простое и составляет предмет расчёта исследуемой схемы. Итак, есть информационная модель и метод, доступный для учащегося человека, способного разобраться и проанализировать графическое представление закона Ома по вольтамперным характеристикам (ВАХ).
Такой подход не практиковался в учебной литературе для линейных «делителей напряжения» и Г-образных фильтров. Это можно объяснить отсутствием моделирующих программ поддержки данного курса, которые можно считать необходимым звеном в технологической цепочке модель — метод — средства обучения.
Учебный комплекс, в котором используется данный подход, включает методические материалы, лабораторные макеты и стенды, локальную и Web-версию на PXP моделирующей программы “z1z2”. Ознакомиться и использовать “z1z2” ученик и учитель может на www.zabspu.ru/z1z2 . В меню программы используются выпадающие списки для выбора пользователем приборов и их номиналов в «двухэлементной схеме». Виртуальное изменение номиналов элементов цепи меняет наклон ВАХ или «нагрузочной прямой», отображает значения выходных параметров, которыми являются смещения напряжения на элементах цепи.
Первая задача – анализ работы линейного «делителя напряжения» является ключевой и вносит необходимый элемент знаний, позволяющий в дальнейшем использовать технологию изучения на более сложных комбинациях приборов. Так для начинающего исследователя настоящий подход и “z1z2” поможет в анализе работы Г-образных фильтров, построении их амплитудно-частотных характеристик, моделировании заданной полосы пропускания. И это, не дожидаясь освоения теории комплексных функций и метода комплексных амплитуд. Более логично и понятно в рамках данной технологии предстаёт анализ работы устройств, содержащих нелинейные элементы.
Предлагаемый подход в технологии обучения открывает дополнительные возможности перед учеником и учителем, пользователями информационных ресурсов.