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電子學(xué)論文:成人教育電子學(xué)籍檔案管理論文

一、電子檔案的含義

電子檔案是指通過計(jì)算機(jī)磁盤等設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)，與紙質(zhì)檔案相對(duì)應(yīng)，相互關(guān)聯(lián)的通用電子圖像文件集合，通常以案卷為單位。電子檔案與傳統(tǒng)的紙質(zhì)檔案有相同的本質(zhì):都是文件存在的一種方式、都具有物理實(shí)態(tài)的特征、都是形成者真實(shí)活動(dòng)的記錄，有參考利用價(jià)值，需要存檔備查。但相比之下電子檔案在記錄方式上有許多獨(dú)特的特性:即電子檔案依賴于計(jì)算機(jī)軟、硬件和數(shù)據(jù)庫(kù)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其信息存儲(chǔ)量大大高于過去的各種信息介質(zhì)。而且便于存放、方便快捷，極大地提高了工作效率，信息可以實(shí)現(xiàn)共享且不受地域的限制。

二、成人教育電子學(xué)籍檔案管理的作用

首先，計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量滿足大，可以滿足由于招生規(guī)模擴(kuò)大而導(dǎo)致的學(xué)籍檔案數(shù)量迅速增加的需要。一臺(tái)配備電子檔案管理軟件的計(jì)算機(jī)就可以存儲(chǔ)歷年歷屆學(xué)生的學(xué)籍檔案，這樣就能夠安全高效地完成各級(jí)學(xué)生學(xué)籍檔案的日常管理。同時(shí)電子檔案管理通常情況下實(shí)行專人管理，檔案的保密性強(qiáng)，工作效率高。其次，由于電子檔案管理軟件具有搜索和查詢功能，管理人員可以隨時(shí)輸入查詢條件僅需幾分鐘甚至更短的時(shí)間就可以調(diào)取任何一個(gè)考生的信息。如果是傳統(tǒng)的紙質(zhì)方式進(jìn)行查詢往往需要數(shù)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能找到，為管理人員節(jié)約了大量的時(shí)間和精力，既減少了檔案管理的成本，也大大提高了工作的效率。再次，利用計(jì)算機(jī)中某些軟件，可以對(duì)相關(guān)學(xué)籍信息進(jìn)行分析處理，對(duì)每個(gè)學(xué)生的信息進(jìn)行綜合處理，為學(xué)生加深對(duì)自身的了解、高校提高管理水平、用人單位找到更合適的員工和制定合理的用人計(jì)劃提供方便。

三、目前成人教育學(xué)籍電子檔案管理工作中存在的問題

1、成人電子檔案管理重視程度不夠。

一部分成教管理工作人員對(duì)學(xué)籍管理工作認(rèn)識(shí)模糊，思想上只把成教當(dāng)成普教的附屬品;還有少數(shù)分管成教工作的校領(lǐng)導(dǎo)和工作人員僅將它看成創(chuàng)收的渠道。這種思想導(dǎo)致許多軟件和硬件的配備都不能滿足電子檔案的管理需要，硬件設(shè)施不夠完善，不能按崗配備專門人才及檔案管理混亂等。

2、成人電子檔案管理仍然存在手段落后和模式陳舊現(xiàn)象。

雖然目前很多成人教育都采用了電子檔案管理方法，但實(shí)踐中還有許多高校的成人教育學(xué)籍電子檔案管理仍然采用的是傳統(tǒng)手工操作，沒有采用電子檔案管理，沒有配備專門的電子檔案管理軟件。有一些學(xué)校的學(xué)籍管理的常規(guī)性工作雖然也一部分使用了計(jì)算機(jī)，但也僅僅是采用單機(jī)操作，計(jì)算機(jī)的價(jià)值只是打印的工具而已。這些手段明顯落后于形勢(shì)，跟不上時(shí)展的需要，從而必然阻礙了工作效率的提高和成人教育事業(yè)的發(fā)展。

3、電子檔案管理存在忽視學(xué)籍檔案管理隊(duì)伍建設(shè)和人員培訓(xùn)的現(xiàn)象。

成教學(xué)籍檔案管理工作是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要求成人電子檔案管理人員不僅要有過硬的專業(yè)素養(yǎng)，而且要把握工作中的性和原則性。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件的不斷升級(jí)，要求電子檔案管理人員要不定期的參加系統(tǒng)培訓(xùn)。但是實(shí)踐中，許多地方高校普遍存在著忽視學(xué)籍管理隊(duì)伍的建設(shè)的現(xiàn)狀，學(xué)籍管理人員存在著綜合素質(zhì)偏低、專業(yè)結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)不合理等現(xiàn)象。高校只有緊緊圍繞當(dāng)前時(shí)展對(duì)成人高等教育的新要求，徹底摒棄陳舊和落后的管理理念，將科學(xué)、先進(jìn)、高效的管理理念引進(jìn)到學(xué)籍電子檔案管理領(lǐng)域，才能有效地加強(qiáng)和完善學(xué)籍管理隊(duì)伍建設(shè)工作。

4、成人電子檔案管理存在著信息技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一些難題

如學(xué)籍管理密鑰升級(jí)過于繁復(fù)、網(wǎng)上黑客與病毒的客觀存在。而且電子檔案管理有其自己的特點(diǎn)，它是無形的東西，裝載在某種介質(zhì)上，并且必須通過計(jì)算機(jī)或其他“懂”得其組成規(guī)則的工具才能看得到它，沒有傳統(tǒng)檔案的直觀性等等。可以說，保障電子文件的真實(shí)性和原始性的技術(shù)難題很多，這些因素都制約著學(xué)籍電子檔案管理水平。當(dāng)然，電子檔案當(dāng)前還處于發(fā)展的初級(jí)階段，需要不斷的改進(jìn)和完善。

四、成人教育學(xué)籍電子檔案管理的具體措施

1.成人教育學(xué)籍管理需要引進(jìn)一套規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)籍檔案管理軟件。

目前大部分高校使用的學(xué)籍檔案管理軟件是購(gòu)買軟件公司開發(fā)的通用的檔案管理軟件，比較有實(shí)力的高校也可能根據(jù)本校的實(shí)際情況自行開發(fā)管理軟件。軟件公司開發(fā)的檔案管理軟件雖然設(shè)計(jì)的原理遵循了國(guó)家檔案實(shí)體分類法的規(guī)定，能夠基本適應(yīng)高校學(xué)籍檔案管理的需要，但是這類軟件更適用于文書檔案的管理。將其用于高校的學(xué)籍檔案管理比較牽強(qiáng)。而部分學(xué)校自行開發(fā)的軟件由于根據(jù)本校實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以比較適合本單位檔案管理工作。但自行開發(fā)的軟件分類標(biāo)準(zhǔn)卻欠規(guī)范。兩種類型都各有利弊，如何揚(yáng)長(zhǎng)避短?實(shí)踐中購(gòu)買軟件的高校可以在引進(jìn)軟件時(shí)與軟件公司進(jìn)行約定，要求開發(fā)人員根據(jù)本校實(shí)際，在原有通用軟件的基礎(chǔ)上做適當(dāng)?shù)男薷摹６袟l件自行開發(fā)軟件的高校，可以在基于本校工作實(shí)際的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照國(guó)家檔案實(shí)體分類法的規(guī)定制定分類標(biāo)準(zhǔn)，使其在適應(yīng)自身學(xué)籍檔案管理需要的同時(shí)，更加標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

2.配備專職的成人學(xué)籍檔案管理人員，并加強(qiáng)管理人員的培訓(xùn)。

首先，先進(jìn)的學(xué)籍管理軟件需要掌握信息技術(shù)知識(shí)并能熟練操作使用這些管理軟件的專職管理隊(duì)伍才能實(shí)現(xiàn)發(fā)揮作用。要保障成人學(xué)籍檔案管理的現(xiàn)代化和信息化，不僅要大力提高學(xué)籍管理人員的知識(shí)水平及管理能力，尤其要管理人員具有熟練使用現(xiàn)代化辦公設(shè)施的能力。所以配備專職的成人學(xué)籍檔案管理人員至關(guān)重要。其次由于信息技術(shù)是不斷更新的，所以重視和加強(qiáng)對(duì)檔案管理人員的培訓(xùn)和繼續(xù)教育也不容忽視。學(xué)籍管理人員必須及時(shí)學(xué)習(xí)新技能和新知識(shí)以提高他們的信息管理意識(shí)和水平，這樣才能更好地為本職工作服務(wù)。

3.成人電子學(xué)籍檔案管理需要建立網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)信息共享。

成人教育的學(xué)籍管理不僅部門自身需要查閱，各級(jí)教育主管部門也要在需要時(shí)對(duì)成人教育學(xué)籍檔案的相關(guān)信息進(jìn)行查詢。如何提高辦事效率，減少重復(fù)勞動(dòng)和查閱紙質(zhì)檔案的時(shí)間?這就需要建立網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)信息共享，實(shí)現(xiàn)成人教育學(xué)籍檔案相關(guān)管理模塊與教育主管部門的對(duì)接。各部門可以根據(jù)工作需要直接調(diào)用學(xué)籍檔案中的信息。

4.成人電子學(xué)籍檔案管理要注意學(xué)籍檔案的安全性和保密性。

成人電子學(xué)籍檔案由于教育系統(tǒng)分布廣泛，多個(gè)校區(qū)和工作站或總校與各分校及各分校之間都要進(jìn)行相關(guān)信息的交流和傳遞，所以不可避免的具有一定的開放性。但是學(xué)籍檔案中又包含了很多如身份證號(hào)碼、聯(lián)系方式及家庭住址等涉及學(xué)生個(gè)人隱私的信息，這些信息的泄露會(huì)影響學(xué)生個(gè)人正常生活，為了避免學(xué)生的隱私信息不被不法分子利用，保護(hù)學(xué)生的合法權(quán)益，成人的電子學(xué)籍信息是需要保密的。這就要求管理軟件首先要具有一定的學(xué)籍信息安全與保密功能。另一方面學(xué)籍管理工作還要嚴(yán)格審查網(wǎng)上公布的信息，避免涉及學(xué)生隱私的信息泄露以保障成人教育學(xué)籍檔案信息的安全。

作者：徐松 單位：營(yíng)口職業(yè)技術(shù)學(xué)院

電子學(xué)論文:醫(yī)用電子學(xué)與醫(yī)療論文

一、醫(yī)用電子學(xué)與醫(yī)療器械的關(guān)系

隨著社會(huì)進(jìn)步，有些便攜式醫(yī)療器械進(jìn)入家庭，使人們隨時(shí)了解自己身體的健康情況。人口老齡化的增多，醫(yī)療器械市場(chǎng)需求不斷增長(zhǎng)，人們健康意識(shí)不斷增強(qiáng)，促進(jìn)醫(yī)用電子學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步。血壓計(jì)、血糖計(jì)等早已進(jìn)入家庭，使人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)血壓動(dòng)態(tài)變化。如發(fā)現(xiàn)血壓出現(xiàn)不正常，及時(shí)調(diào)節(jié)飲食和生活，減少不必要的病痛。同時(shí)血糖計(jì)可以提前預(yù)防糖尿病，及時(shí)發(fā)現(xiàn)血糖是否增高，減少去醫(yī)院的次數(shù)和時(shí)間。電子是由原子組成的，導(dǎo)體之所以能夠?qū)щ姡怯捎趯?dǎo)體中存在著大量可以自由移動(dòng)的電荷。各種醫(yī)療器械都是醫(yī)用電子學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物。如CT機(jī)、彩超等大型醫(yī)療設(shè)備內(nèi)部芯片的制作原理，必須有一定的醫(yī)用電子學(xué)基礎(chǔ)理論才能解釋。隨著醫(yī)用電子行業(yè)的進(jìn)步，一些醫(yī)用電子行業(yè)的近期研究結(jié)果將運(yùn)用于醫(yī)療器械，使醫(yī)療器械行業(yè)得到發(fā)展。現(xiàn)實(shí)中我們每個(gè)人都希望有一個(gè)健康的身體，這就需要隨時(shí)觀察自己的身體狀況，就要用到醫(yī)療器械。要想弄清醫(yī)療器械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理，就需要有足夠的醫(yī)用電子學(xué)理論知識(shí)。因?yàn)椋t(yī)療器械內(nèi)部由很多電子器件和集成塊組成的，每個(gè)電子器件和集成塊都需要醫(yī)用電子學(xué)知識(shí)才能知道它是如何正常工作的。科學(xué)家們不斷研究更新醫(yī)療器械，如血壓計(jì)由機(jī)械式發(fā)展到電子數(shù)字式，體重計(jì)也由指針式發(fā)展到電子數(shù)字式，體現(xiàn)了全球科技的進(jìn)步。

二、電子學(xué)是一門以應(yīng)用為主要目的的科學(xué)

電子是一種極其微觀的粒子，在物理領(lǐng)域?qū)ζ溲芯勘容^深入，它的性質(zhì)決定了應(yīng)用的廣泛，自由電子能夠在導(dǎo)體的原子之間輕易移動(dòng)，利用這個(gè)原理我們通過導(dǎo)線可以控制引導(dǎo)電子的定向移動(dòng)，進(jìn)而為人類服務(wù)。電子學(xué)是研究導(dǎo)體及半導(dǎo)體如何導(dǎo)電的，電子學(xué)課程包括低頻電子電路、數(shù)字電路，這些都是以應(yīng)用為主要目的的科學(xué)技術(shù)。如醫(yī)療器械維修專業(yè)，所開課程必須有電子學(xué)。沒有電子學(xué)知識(shí)，醫(yī)療器械內(nèi)部電路原理無法解釋。有些醫(yī)療器械為什么只能用，不會(huì)修，就是因?yàn)闆]有豐富的電子學(xué)知識(shí)，充分證明電子學(xué)在醫(yī)學(xué)學(xué)科中的重要性。要想維修好醫(yī)療器械，必須有豐富的電子學(xué)知識(shí)和醫(yī)學(xué)知識(shí)。低頻電子線路主要講半導(dǎo)體電子如何導(dǎo)電，單級(jí)、多級(jí)放大器的工作原理、差動(dòng)放大器原理、多諧振蕩器原理、直流穩(wěn)壓電源等知識(shí)，掌握這些基本知識(shí)，才能學(xué)習(xí)電子學(xué)高深的內(nèi)容。高頻電子電路，闡述頻率高的電子學(xué)知識(shí)，數(shù)字脈沖電路，闡述電路輸入不同的脈沖電路的工作原理，有了這些電子學(xué)的基本知識(shí)，才能初步了解電子儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理。電子技術(shù)是一門實(shí)用技術(shù)，是一門綜合科學(xué)。要想學(xué)好電子學(xué)，必須學(xué)好高等數(shù)學(xué)和物理。因?yàn)楦哳l電路涉及高等數(shù)學(xué)，物理涉及電學(xué)和磁學(xué)，它們都是相互聯(lián)系的共同體，所以，電子學(xué)是一門實(shí)用的科學(xué)。現(xiàn)代的電腦、手機(jī)這些實(shí)用電子設(shè)備，機(jī)芯都是由若干集成電路組成的，集成電路是根據(jù)電子電路原理制成的，集成塊各有不同的原理和作用。任何電子器件都是在電子學(xué)原理基礎(chǔ)上研制成的。電子學(xué)這門學(xué)科已經(jīng)普及，在飛速發(fā)展的年代起到了重要作用。在現(xiàn)實(shí)生活中，電子學(xué)這門科學(xué)運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域。電子技術(shù)的飛速發(fā)展使得電子儀器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究、臨床診斷和治療、病房監(jiān)護(hù)以及預(yù)防保健。在這些應(yīng)用過程中，電子技術(shù)不斷吸取生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中其他學(xué)科的知識(shí)，從而逐步形成一門新興學(xué)科——醫(yī)用電子學(xué)。目前，醫(yī)用電子學(xué)已成為醫(yī)學(xué)影像、生物醫(yī)學(xué)工程，其目的是解決醫(yī)學(xué)中的有關(guān)問題，保障人類健康，為疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)服務(wù)。

三、現(xiàn)代醫(yī)療器械在病理診斷中的重要性

醫(yī)學(xué)發(fā)展到現(xiàn)代，已經(jīng)是一個(gè)應(yīng)用高端電子技術(shù)以及材料科學(xué)的學(xué)科。醫(yī)學(xué)的重要方面就是診斷。于是，就要有現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備，不斷發(fā)展檢測(cè)手段。“診斷”包括診察和判斷兩方面。所謂診斷，指的是對(duì)病性、病因的判斷。在此過程中，醫(yī)生對(duì)疾病規(guī)律比較的掌握非常重要。具備了比較的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)就能作出比較的判斷，從而為病癥施治提供依據(jù)。為了高效診斷病癥，我們不得不依賴科技發(fā)展。例如運(yùn)用現(xiàn)代檢測(cè)設(shè)備，我們可以快速采集到病理標(biāo)本，并通過電子設(shè)備使用電子學(xué)的各種原理變換、傳輸、交換、處理信息，從而直觀再現(xiàn)出來，使我們對(duì)病癥診斷有一個(gè)科學(xué)的分析。不僅是病理診斷使用到，就是我們未發(fā)病的時(shí)候也能經(jīng)常使用簡(jiǎn)單而又的檢測(cè)儀器自檢。醫(yī)療器械在人們生活中起到重要作用，為醫(yī)生診斷病情提供了一定的依據(jù)，提高了診斷病癥的率，使醫(yī)療水平得以提高。在高節(jié)奏、高強(qiáng)度的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代，需要強(qiáng)壯健康的體魄，更好地工作學(xué)習(xí)生活，要不斷學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，才能跟上快節(jié)奏的時(shí)代。尤其電子學(xué)這門學(xué)科，更要努力學(xué)好，只有掌握電子學(xué)專業(yè)知識(shí)，才能維護(hù)醫(yī)療器械。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，醫(yī)療器械的不斷更新與換代，使醫(yī)生對(duì)病癥的診斷率越來越高，從而使人們的壽命不斷增長(zhǎng)，現(xiàn)代醫(yī)療器械充分發(fā)揮了有效的作用，為全世界人們服務(wù)。科學(xué)家們不斷創(chuàng)新研究醫(yī)療器械，加之醫(yī)生專業(yè)水平的提高，使難疑病癥得到醫(yī)治。

四、傳感器與電子學(xué)的關(guān)系

傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)一起構(gòu)成了現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)，分別被喻為五官、神經(jīng)和大腦，分別完成信息的采集、傳輸和處理。隨著信息處理技術(shù)以及微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳感器的作用越來越重要。傳感器是一種能把非電學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于測(cè)量的電信號(hào)的器件。傳感器的種類很多，常用的有光電門、聲、電、光強(qiáng)、溫度、電位、位移、壓力、電壓等傳感器。它們的主要功能是將諸如力、熱、光、溫度等非電學(xué)量的信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并通過接口電路與微機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。還有電磁傳感器、紅外傳感器、光纖傳感器。磁傳感器是最古老的傳感器，指南針是磁傳感器最早的應(yīng)用。紅外技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國(guó)防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。光纖傳感器是最近幾年出現(xiàn)的新技術(shù)，可以用來測(cè)量多種物理量，比如聲場(chǎng)、電場(chǎng)、壓力、溫度。人體的血壓、血流、呼吸、溫度、生物電、化學(xué)物質(zhì)和生物物質(zhì)，細(xì)微的變化，我們自身無法及時(shí)體驗(yàn)，有時(shí)一些輕微的變化也會(huì)引起生理疾病，我們運(yùn)用各種物質(zhì)傳感器就能及時(shí)感知到這些變化。各種傳感器都是依賴電子學(xué)中電路處理、計(jì)算機(jī)整合等原理，通過極敏感的感知效應(yīng)和強(qiáng)大的放大效應(yīng)將生物信號(hào)轉(zhuǎn)化為直觀可見的圖像信號(hào)。于是我們便能及時(shí)獲得人體的生理健康信息。診斷結(jié)果出來我們更需要考慮治療方案，嚴(yán)重的可能需要置換人造或組織器官，這就涉及到了材料科學(xué)。而電子學(xué)在改造現(xiàn)有材料、創(chuàng)造新型材料方面發(fā)揮著積極的作用。

五、結(jié)束語

由此可見，盡管電子和醫(yī)學(xué)屬于不同的領(lǐng)域，但在科技發(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會(huì)，兩者有著密切的關(guān)系，人類對(duì)電子的研究不斷進(jìn)步應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域，為我們的醫(yī)學(xué)事業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)大的支持。

作者：林鳳云 單位：內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)計(jì)算機(jī)信息學(xué)院

電子學(xué)論文:電子學(xué)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)論文

1.輔助電子學(xué)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1.1ARM處理部分

針對(duì)ARM內(nèi)核的高速可順序執(zhí)行特性，更適合處理復(fù)雜協(xié)議信息。ARM處理部分在設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)協(xié)議層處理工作，包括通信信息、人機(jī)交互設(shè)定、系統(tǒng)工作參數(shù)監(jiān)測(cè)、報(bào)警數(shù)據(jù)設(shè)定、監(jiān)測(cè)以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理等多方面的工作，整體采用搶占式進(jìn)行多任務(wù)分配，提高CPU利用率以及系統(tǒng)魯棒性。

1.2FPGA控制部分

總體來看，F(xiàn)PGA主要負(fù)責(zé)外圍硬件設(shè)備底層驅(qū)動(dòng)的讀寫，作為ARM的一個(gè)外部擴(kuò)展RAM進(jìn)行外設(shè)數(shù)據(jù)交換，所有FPGA采集、輸出的數(shù)據(jù)均可通過ARM的可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器(FlexibleStaticMemoryController，F(xiàn)SMC)總線讀寫。在設(shè)計(jì)中運(yùn)用FPGA獨(dú)特的可多任務(wù)并行執(zhí)行的特性，F(xiàn)PGA控制部分主要負(fù)責(zé)外部通信模式的選擇；外部模擬信號(hào)的采集、輸出溫度的控制、時(shí)鐘同步、時(shí)鐘移相、數(shù)碼管計(jì)數(shù)顯示等多項(xiàng)功能的處理。在外部模擬量、氫原子鐘內(nèi)爐溫度采集部分，由FPGA內(nèi)部硬件采用狀態(tài)機(jī)形式通過兩片AD7490D對(duì)外部32路模擬量采集，并直接用模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制處理；另一個(gè)狀態(tài)機(jī)通過熱敏電阻對(duì)內(nèi)爐頂，上，底等三部分溫度進(jìn)行采集；在溫度輸出控制部分，通過三路PWM控制方式，以外部溫控器作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，調(diào)節(jié)加熱功率。在模數(shù)轉(zhuǎn)換部分由專用基準(zhǔn)電壓芯片REF192產(chǎn)生參考電壓，溫度轉(zhuǎn)換經(jīng)過帶有前置運(yùn)算放大器（Operationalamplifier，OP）的模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，并同時(shí)具有抑制50Hz抑制功能，以抵消測(cè)量中所產(chǎn)生的工頻干擾。在通信電路的設(shè)計(jì)部分由FPGA來選擇所采用的通信方式，其中串口通信采用隔離式電平變換芯片，避免電平不兼容或是不同設(shè)備間的靜電釋放（Electro-Staticdischarge，ESD）所帶來的放電損壞；以太網(wǎng)部分采用專用以太網(wǎng)接口模塊，可同時(shí)兼容TCP/IPv4、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UserDatagramProtocol，UDP）等。

1.串口通信接口的電路設(shè)計(jì)

原本的串口通信設(shè)計(jì)為了滿足兩路串口通信的技術(shù)指標(biāo)，采用AT89C52結(jié)合通用同步異步接收發(fā)送器8251A實(shí)現(xiàn)雙串口的擴(kuò)展。本文采用ADM3251E[3]來解決多路串口的通信功能。ADM3251E是一款高速、2.5kV隔離、單通道RS-232/V.28收發(fā)器、具有isoPower隔離電源的雙通道數(shù)字隔離器，設(shè)計(jì)中無需使用單獨(dú)的隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器。由于RIN和TOUT引腳提供高壓ESD保護(hù)，因此該器件非常適合在惡劣的電氣環(huán)境中工作，或頻繁插拔RS-232電纜的場(chǎng)合。ADM3251E采用ADI公司的芯片級(jí)變壓器iCoupler技術(shù)，能夠同時(shí)用于隔離邏輯信號(hào)和集成式DC-DC轉(zhuǎn)換器，因此該器件可提供整體隔離解決方案。

2.ADC模擬量采樣電路設(shè)計(jì)改進(jìn)

原本的ADC采樣電路使用兩片ADC0816。ADC0816是逐次比較式16路8位A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部包含有一個(gè)8位A/D轉(zhuǎn)換器和16路的單端模擬信號(hào)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換精度為1/2LSB，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us（時(shí)鐘頻率為640KHz）。改進(jìn)設(shè)計(jì)中采用AD7490，它是一款12位高速、低功耗逐次逼近型ADC。同時(shí)AD7490采用單電源工作，電源電壓為2.7V至5.25V，較高吞吐量可達(dá)1MSPS；其內(nèi)置一個(gè)低噪聲、寬帶寬采樣/保持放大器，可處理1MHz以上的輸入頻率；轉(zhuǎn)換過程和數(shù)據(jù)采集過程通過CS和串行時(shí)鐘進(jìn)行控制，從而為器件與微處理器接口創(chuàng)造了條件。

3.溫度控制部分的設(shè)計(jì)改進(jìn)

溫度對(duì)于氫原子鐘來說是個(gè)很重要的因素，溫度控制不好會(huì)引起氫原子鐘穩(wěn)定度變差；溫度失控會(huì)直接導(dǎo)致氫原子鐘沒有中頻信號(hào)輸出。因此在溫度控制的設(shè)計(jì)中首先要做到、穩(wěn)定。原先的溫度控制系統(tǒng)采用模擬控制多塊電路板各溫度區(qū)域獨(dú)立控制模式，其缺點(diǎn)是變?nèi)荻O管參數(shù)數(shù)值不在正常工作范圍內(nèi)之后，需要人為調(diào)整電路板的電位器，即通過人為改變電阻的模式來達(dá)到調(diào)整溫度的目的。在數(shù)字化智能溫控設(shè)計(jì)中采用AD7792[4]，AD7792具有兩個(gè)高精度的可編程恒流激勵(lì)源，內(nèi)置有可編程的儀表放大器，可以對(duì)不同的輸入信號(hào)選擇相對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的匹配。它內(nèi)置16位ADC，采用SPI串行接口，容易實(shí)現(xiàn)光耦隔離，有三路差分模擬輸入，可以滿足設(shè)計(jì)中分別對(duì)內(nèi)爐頂，上，底三部分溫度進(jìn)行采集的設(shè)計(jì)要求。AD7792為適應(yīng)高精度測(cè)量應(yīng)用的低功耗、低噪聲、完整模擬前端，內(nèi)置一個(gè)低噪聲、帶有三個(gè)差分模擬輸入的16位Σ-Δ型ADC。它還集成了片內(nèi)低噪聲儀表放大器，因而可直接輸入小信號(hào)；內(nèi)置一個(gè)精密低噪聲、低漂移內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)電壓源，而且也可采用一個(gè)外部差分基準(zhǔn)電壓。圖2中所示CHAN表示溫度區(qū)域，其中CH1代表內(nèi)爐頂，CH2代表內(nèi)爐上，CH3代表內(nèi)爐底；ACTU代表采樣溫度數(shù)值，SET代表設(shè)定溫度數(shù)值，OUT代表了輸出功率的大小。

4.移相同步精度設(shè)計(jì)改進(jìn)

傳統(tǒng)控制板同步精度為100ns±邏輯門延時(shí)（約幾個(gè)ns），移相分辨率為0.1us。經(jīng)過設(shè)計(jì)改進(jìn)后，采用獨(dú)特的先倍頻后同步技術(shù)，可大大提高移相同步分辨率。在本次應(yīng)用中，先對(duì)外部輸入的10MHz方波信號(hào)，經(jīng)過FPGA內(nèi)部的鎖相環(huán)（PhaseLockedLoop，PLL）的配置進(jìn)行零度移相五倍頻，得到和輸入信號(hào)零相位差的50MHz信號(hào)。上一幅為10MHz信號(hào)波形，下一幅為倍頻后的50MHz方波信號(hào)波形。

5.DDS電路設(shè)計(jì)部分

之前控制板在綜合器設(shè)計(jì)輸出時(shí)，采用AT89C52驅(qū)動(dòng)三片74LS595串入并出輸出6位8421碼共24位數(shù)據(jù)信息經(jīng)25芯彎角插座（DR-25）將數(shù)據(jù)傳輸至接收機(jī)控制板，再由CPLD處理后輸出所需的頻率信號(hào)。而目前設(shè)計(jì)中選取AD9956[5]，使用直接數(shù)字式頻率合成器（DirectDigitalSynthesizer，DDS）技術(shù)直接從監(jiān)控板輸出所需的頻率信號(hào)，AD9956是由美國(guó)AnalogDevice公司推出的高性能的DDS芯片，提供速度高達(dá)400MHz的內(nèi)部時(shí)鐘，可合成頻率高達(dá)160MHz，支持2.7GHz的時(shí)鐘輸入(可選2，4或8分頻)、內(nèi)部集成14位的D／A轉(zhuǎn)換器，具備快速頻率轉(zhuǎn)換、精細(xì)頻率分辨率和低相位噪聲輸出的性能，適用于快速跳頻頻率合成器的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)DDS輸出頻率信號(hào)可以根據(jù)鍵盤鍵入的頻率值不同而輸出不同的頻率值。

6.存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)改進(jìn)

氫原子鐘必需具有對(duì)時(shí)間以及對(duì)所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存的功能。然而外部存儲(chǔ)器的選擇也是多種多樣的，目前應(yīng)用最多的仍是SRAM、EEPROM及NVRAM這三種方案。我們目前使用的存儲(chǔ)器就是采用SRAM加后備電池的模式，型號(hào)62256，它是組織結(jié)構(gòu)為32K*8位字長(zhǎng)的高性能CMOS靜態(tài)RAM。在設(shè)備掉電的情況下，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)易丟失。同時(shí)SRAM加后備電池的方法增加了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)的性；EEPROM方式可擦寫次數(shù)較少(約10萬次)，且寫操作時(shí)間較長(zhǎng)(約10ms)；而NVRAM的價(jià)格問題又限制了它的普遍應(yīng)用。因此越來越多的設(shè)計(jì)者將目光投向了新型的非易失性鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)。鐵電存儲(chǔ)器具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：可以總線速度寫入數(shù)據(jù)，而且在寫入后不需要任何延時(shí)等待；有近乎無限次擦寫壽命；數(shù)據(jù)保持45年不丟失；具有較低的功耗。設(shè)計(jì)中采用的FM25L16是串行FRAM。其內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)形式為2k×8位，地址范圍為0000H~07FFH，F(xiàn)M25L16支持SPI方式0和方式3。具有先進(jìn)的寫保護(hù)設(shè)計(jì)，包括硬件保護(hù)和軟件保護(hù)雙重保護(hù)功能。FM25L16的數(shù)據(jù)讀寫速度能達(dá)到18MHz，可與當(dāng)前高速的RAM相媲美。結(jié)束語從設(shè)計(jì)的測(cè)試結(jié)果來看，全新的設(shè)計(jì)模式對(duì)電路的性能，性，穩(wěn)定性等多方面都有很大的提高，具體表現(xiàn)如下所示：

（1）設(shè)計(jì)中采用AD7490替代ADC0816，從而使得ADC精度提高8bit升級(jí)到12bit，精度提高了16倍，并且無需經(jīng)過外接模擬開關(guān)，減少了信號(hào)經(jīng)過多個(gè)模擬芯片引起誤差。

（2）溫度控制系統(tǒng)采用全數(shù)字化設(shè)計(jì)模式，提高測(cè)量精度，降低干擾，可避免處理運(yùn)放電路所造成的對(duì)溫度飄移的影響以及多級(jí)模擬帶來的累計(jì)誤差，最重要的一點(diǎn)就是不用再人為的通過改變電阻模式來達(dá)到調(diào)整溫度的目的。

（3）綜合器設(shè)計(jì)部分采用DDS處理技術(shù)，直接從監(jiān)控板輸出所需頻率信號(hào)，從而大大減少設(shè)計(jì)中潛在的故障點(diǎn)，大大提高了設(shè)計(jì)的性，穩(wěn)定性。

（4）通信電路采用的ADM3251E是ADI公司推出的基于其專利iCoupler和isoPower磁隔離技術(shù)的RS-232隔離器，在性能、功耗、體積等各方面都有傳統(tǒng)光電隔離器（光耦）無法比擬的優(yōu)勢(shì)。它的功耗僅為光電耦合器的1/10～1/6，具有比光電耦合器更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、時(shí)序精度和瞬態(tài)共模抑制能力，大大提高了通信的質(zhì)量和正確性。

作者：李錫瑞 單位：中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)

電子學(xué)論文:硅微電子學(xué)研討論文

摘要本文展望了21世紀(jì)微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。認(rèn)為：21世紀(jì)初的微電子技術(shù)仍將以硅基CMOS電路為主流工藝，但將突破目前所謂的物理“限制”，繼續(xù)快速發(fā)展；集成電路將逐步發(fā)展成為集成系統(tǒng)；微電子技術(shù)將與其它技術(shù)結(jié)合形成一系列新的增長(zhǎng)點(diǎn)，例如微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、DNA芯片等。具體地講，SOC設(shè)計(jì)技術(shù)、超微細(xì)光刻技術(shù)、虛擬工廠技術(shù)、銅互連及低K互連絕緣介質(zhì)、高K柵絕緣介質(zhì)和柵工程技術(shù)、SOI技術(shù)等將在近幾年內(nèi)得到快速發(fā)展。21世紀(jì)將是我國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)的黃金時(shí)代。

關(guān)鍵詞微電子技術(shù)集成系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)DNA芯片

1引言

綜觀人類社會(huì)發(fā)展的文明史，一切生產(chǎn)方式和生活方式的重大變革都是由于新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)的產(chǎn)生而引發(fā)的，科學(xué)技術(shù)作為革命的力量，推動(dòng)著人類社會(huì)向前發(fā)展。從50多年前晶體管的發(fā)明到目前微電子技術(shù)成為整個(gè)信息社會(huì)的基礎(chǔ)和核心的發(fā)展歷史充分證明了“科學(xué)技術(shù)是及時(shí)生產(chǎn)力”。信息是客觀事物狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)特征的一種普遍形式，與材料和能源一起是人類社會(huì)的重要資源，但對(duì)它的利用卻僅僅是開始。當(dāng)前面臨的信息革命以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化作為特征。數(shù)字化大大改善了人們對(duì)信息的利用，更好地滿足了人們對(duì)信息的需求；而網(wǎng)絡(luò)化則使人們更為方便地交換信息，使整個(gè)地球成為一個(gè)“地球村”。以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息技術(shù)同一般技術(shù)不同，它具有極強(qiáng)的滲透性和基礎(chǔ)性，它可以滲透和改造各種產(chǎn)業(yè)和行業(yè)，改變著人類的生產(chǎn)和生活方式，改變著經(jīng)濟(jì)形態(tài)和社會(huì)、政治、文化等各個(gè)領(lǐng)域。而它的基礎(chǔ)之一就是微電子技術(shù)。可以毫不夸張地說，沒有微電子技術(shù)的進(jìn)步，就不可能有今天信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，微電子已經(jīng)成為整個(gè)信息社會(huì)發(fā)展的基石。

50多年來微電子技術(shù)的發(fā)展歷史，實(shí)際上就是不斷創(chuàng)新的過程，這里指的創(chuàng)新包括原始創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新等。晶體管的發(fā)明并不是一個(gè)孤立的精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，而是一系列固體物理、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)等取得重大突破后的必然結(jié)果。1947年發(fā)明點(diǎn)接觸型晶體管、1948年發(fā)明結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及以后的硅平面工藝、集成電路、CMOS技術(shù)、半導(dǎo)體隨機(jī)存儲(chǔ)器、CPU、非揮發(fā)存儲(chǔ)器等微電子領(lǐng)域的重大發(fā)明也都是一系列創(chuàng)新成果的體現(xiàn)。同時(shí)，每一項(xiàng)重大發(fā)明又都開拓出一個(gè)新的領(lǐng)域，帶來了新的巨大市場(chǎng)，對(duì)我們的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了重大的影響。也正是由于微電子技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，才能使微電子能夠以每三年集成度翻兩番、特征尺寸縮小倍的速度持續(xù)發(fā)展幾十年。自1968年開始，與硅技術(shù)有關(guān)的學(xué)術(shù)論文數(shù)量已經(jīng)超過了與鋼鐵有關(guān)的學(xué)術(shù)論文，所以有人認(rèn)為，1968年以后人類進(jìn)入了繼石器、青銅器、鐵器時(shí)代之后硅石時(shí)代（siliconage）〖1〗。因此可以說社會(huì)發(fā)展的本質(zhì)是創(chuàng)新，沒有創(chuàng)新，社會(huì)就只能被囚禁在“超穩(wěn)態(tài)”陷阱之中。雖然創(chuàng)新作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的改革動(dòng)力往往會(huì)給社會(huì)帶來“創(chuàng)造性的破壞”，但經(jīng)過這種破壞后，又將開始一個(gè)新的處于更高層次的創(chuàng)新循環(huán)，社會(huì)就是以這樣螺旋形上升的方式向前發(fā)展。

在微電子技術(shù)發(fā)展的前50年，創(chuàng)新起到了決定性的作用，而今后微電子技術(shù)的發(fā)展仍將依賴于一系列創(chuàng)新性成果的出現(xiàn)。我們認(rèn)為：目前微電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)很關(guān)鍵的時(shí)期，21世紀(jì)上半葉，也就是今后50年微電子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和主要的創(chuàng)新領(lǐng)域主要有以下四個(gè)方面：以硅基CMOS電路為主流工藝；系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，SOC）為發(fā)展重點(diǎn)；量子電子器件和以分子（原子）自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)；與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)，如MEMS，DNAChip等。

221世紀(jì)上半葉仍將以硅基CMOS電路為主流工藝

微電子技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)是不斷提高集成系統(tǒng)的性能及性能價(jià)格比，因此便要求提高芯片的集成度，這是不斷縮小半導(dǎo)體器件特征尺寸的動(dòng)力源泉。以MOS技術(shù)為例，溝道長(zhǎng)度縮小可以提高集成電路的速度；同時(shí)縮小溝道長(zhǎng)度和寬度還可減小器件尺寸，提高集成度，從而在芯片上集成更多數(shù)目的晶體管，將結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、性能更加完善的電子系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上；此外，隨著集成度的提高，系統(tǒng)的速度和性也大大提高，價(jià)格大幅度下降。由于片內(nèi)信號(hào)的延遲總小于芯片間的信號(hào)延遲，這樣在器件尺寸縮小后，即使器件本身的性能沒有提高，整個(gè)集成系統(tǒng)的性能也可以得到很大的提高。

自1958年集成電路發(fā)明以來，為了提高電子系統(tǒng)的性能，降低成本，微電子器件的特征尺寸不斷縮小，加工精度不斷提高，同時(shí)硅片的面積不斷增大。集成電路芯片的發(fā)展基本上遵循了Intel公司創(chuàng)始人之一的GordonE．Moore1965年預(yù)言的摩爾定律，即每隔三年集成度增加4倍，特征尺寸縮小倍。在這期間，雖然有很多人預(yù)測(cè)這種發(fā)展趨勢(shì)將減緩，但是微電子產(chǎn)業(yè)三十多年來發(fā)展的狀況證實(shí)了Moore的預(yù)言[2]。而且根據(jù)我們的預(yù)測(cè)，微電子技術(shù)的這種發(fā)展趨勢(shì)還將在21世紀(jì)繼續(xù)一段時(shí)期，這是其它任何產(chǎn)業(yè)都無法與之比擬的。

現(xiàn)在，0．18微米CMOS工藝技術(shù)已成為微電子產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)，0．035微米乃至0．020微米的器件已在實(shí)驗(yàn)室中制備成功，研究工作已進(jìn)入亞0．1微米技術(shù)階段，相應(yīng)的柵氧化層厚度只有2．0～1．0nm。預(yù)計(jì)到2010年，特征尺寸為0．05～0．07微米的64GDRAM產(chǎn)品將投入批量生產(chǎn)。

21世紀(jì)，起碼是21世紀(jì)上半葉,微電子生產(chǎn)技術(shù)仍將以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術(shù)為主流。盡管微電子學(xué)在化合物和其它新材料方面的研究取得了很大進(jìn)展；但還不具備替代硅基工藝的條件。根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，一種新技術(shù)從誕生到成為主流技術(shù)一般需要20到30年的時(shí)間，硅集成電路技術(shù)自1947年發(fā)明晶體管1958年發(fā)明集成電路,到60年代末發(fā)展成為大產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了20多年的時(shí)間。另外，全世界數(shù)以萬億美元計(jì)的設(shè)備和技術(shù)投入，已使硅基工藝形成非常強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)能力；同時(shí)，長(zhǎng)期的科研投入已使人們對(duì)硅及其衍生物各種屬性的了解達(dá)到十分深入、十分透徹的地步，成為自然界100多種元素之最，這是非常寶貴的知識(shí)積累。產(chǎn)業(yè)能力和知識(shí)積累決定了硅基工藝起碼將在50年內(nèi)仍起重要作用，人們不會(huì)輕易放棄。

目前很多人認(rèn)為當(dāng)微電子技術(shù)的特征尺寸在2015年達(dá)到0．030～0．015微米的“極限”之后，將是硅技術(shù)時(shí)代的結(jié)束，這實(shí)際上是一種誤解。且不說微電子技術(shù)除了以特征尺寸為代表的加工工藝技術(shù)之外，還有設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面需要進(jìn)一步的大力發(fā)展，這些技術(shù)的發(fā)展必將使微電子產(chǎn)業(yè)繼續(xù)高速增長(zhǎng)。即使是加工工藝技術(shù)，很多著名的微電子學(xué)家也預(yù)測(cè)，微電子產(chǎn)業(yè)將于2030年左右步入像汽車工業(yè)、航空工業(yè)這樣的比較成熟的朝陽工業(yè)領(lǐng)域。即使微電子產(chǎn)業(yè)步入汽車、航空等成熟工業(yè)領(lǐng)域，它仍將保持快速發(fā)展趨勢(shì)，就像汽車、航空工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了50多年仍具有發(fā)展?jié)摿σ粯印?

隨著器件的特征尺寸越來越小，不可避免地會(huì)遇到器件結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵工藝、集成技術(shù)以及材料等方面的一系列問題，究其原因，主要是：對(duì)其中的物理規(guī)律等科學(xué)問題的認(rèn)識(shí)還停留在集成電路誕生和發(fā)展初期所形成的經(jīng)典或半經(jīng)典理論基礎(chǔ)上，這些理論適合于描述微米量級(jí)的微電子器件，但對(duì)空間尺度為納米量級(jí)、空間尺度為飛秒量級(jí)的系統(tǒng)芯片中的新器件則難以適用；在材料體系上，SiO2柵介質(zhì)材料、多晶硅／硅化物柵電極等傳統(tǒng)材料由于受到材料特性的制約，已無法滿足亞50納米器件及電路的需求；同時(shí)傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)也已無法滿足亞50納米器件的要求，必須發(fā)展新型的器件結(jié)構(gòu)和微細(xì)加工、互連、集成等關(guān)鍵工藝技術(shù)。具體的需要?jiǎng)?chuàng)新和重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域包括：基于介觀和量子物理基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件的輸運(yùn)理論、器件模型、模擬和仿真軟件，新型器件結(jié)構(gòu)，高k柵介質(zhì)材料和新型柵結(jié)構(gòu)，電子束步進(jìn)光刻、13nmEUV光刻、超細(xì)線條刻蝕，SOI、GeSi／Si等與硅基工藝兼容的新型電路，低K介質(zhì)和Cu互連以及量子器件和納米電子器件的制備和集成技術(shù)等。

3量子電子器件（QED）和以分子原子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)將帶來嶄新的領(lǐng)域

在上節(jié)我們談到的以尺寸不斷縮小的硅基CMOS工藝技術(shù)，可稱之為“scalingdown”，與此同時(shí)我們必須注意“bottomup”。“bottomup”最重要的領(lǐng)域有二個(gè)方面：

(1)量子電子器件（QED—QuantumElectronDevice）這里包括單電子器件和單電子存儲(chǔ)器等。它的基本原理是基于庫(kù)侖阻塞機(jī)理控制一個(gè)或幾個(gè)電子運(yùn)動(dòng)，由于系統(tǒng)能量的改變和庫(kù)侖作用，一個(gè)電子進(jìn)入到一個(gè)勢(shì)阱，則將阻止其它電子的進(jìn)入。在單電子存儲(chǔ)器中量子阱替代了通常存儲(chǔ)器中的浮柵。它的主要優(yōu)點(diǎn)是集成度高；由于只有一個(gè)或幾個(gè)電子活動(dòng)所以功耗極低；由于相對(duì)小的電容和電阻以及短的隧道穿透時(shí)間，所以速度很快；且可用于多值邏輯和超高頻振蕩。但它的問題是制造比較困難，特別是制造大量的一致性器件很困難；對(duì)環(huán)境高度敏感，性難以保障；在室溫工作時(shí)要求電容極小（αF），要求量子點(diǎn)大小在幾個(gè)納米。這些都為集成成電路帶來了很大困難。

因此，目前可以認(rèn)為它們的理論是清楚的，工藝有待于探索和突破。

(2)以原子分子自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米電子學(xué)。這里包括量子點(diǎn)陣列（QCA—Quantum－dotCellularAutomata)和以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件等。

量子點(diǎn)陣列由量子點(diǎn)組成，至少由四個(gè)量子點(diǎn),它們之間以靜電力作用。根據(jù)電子占據(jù)量子點(diǎn)的狀態(tài)形成“0”和“1”狀態(tài)。它在本質(zhì)上是一種非晶體管和無線的方式達(dá)到陣列的高密度、低功耗和實(shí)現(xiàn)互連。其基本優(yōu)勢(shì)是開關(guān)速度快，功耗低，集成密度高。但難以制造，且對(duì)值置變化和大小改變都極為靈敏，0．05nm的變化可以造成單元工作失效。

以碳納米管為基礎(chǔ)的原子分子器件是近年來快速發(fā)展的一個(gè)有前景的領(lǐng)域。碳原子之間的鍵合力很強(qiáng)，可支持高密度電流，而熱導(dǎo)性能類似于金剛石，能在高集成度時(shí)大大減小熱耗散，性質(zhì)類金屬和半導(dǎo)體，特別是它有三種可能的雜交態(tài)，而Ge、Si只有一個(gè)。這些都使碳納米管（CNT）成為當(dāng)前科研熱點(diǎn)，從1991年發(fā)現(xiàn)以來，現(xiàn)在已有大量成果涌現(xiàn)，北京大學(xué)納米中心彭練矛教授也已制備出0．33納米的CNT并提出“T形結(jié)”作為晶體管的可能性。但是問題是如何去生長(zhǎng)有序的符合設(shè)計(jì)性能的CNT器件，更難以集成。

目前“bottomup”的量子器件和以自組裝技術(shù)為基礎(chǔ)的納米器件在制造工藝上往往與“Scalingdown”的加工方法相結(jié)合以制造器件。這對(duì)于解決高集成度CMOS電路的功耗制約將會(huì)帶來突破性的進(jìn)展。

QCA和CNT器件不論在理論上還是加工技術(shù)上都有大量工作要做，有待突破，離開實(shí)際應(yīng)用還需較長(zhǎng)時(shí)日！但這終究是一個(gè)誘人探索的領(lǐng)域，我們期待它們將創(chuàng)出一個(gè)新的天地。

4系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip）是21世紀(jì)微電子技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)

在集成電路（IC）發(fā)展初期，電路設(shè)計(jì)都從器件的物理版圖設(shè)計(jì)入手，后來出現(xiàn)了集成電路單元庫(kù)（Cell－Lib），使得集成電路設(shè)計(jì)從器件級(jí)進(jìn)入邏輯級(jí)，這樣的設(shè)計(jì)思路使大批電路和邏輯設(shè)計(jì)師可以直接參與集成電路設(shè)計(jì)，極大地推動(dòng)了IC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但集成電路僅僅是一種半成品，它只有裝入整機(jī)系統(tǒng)才能發(fā)揮它的作用。IC芯片是通過印刷電路板（PCB）等技術(shù)實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的。盡管IC的速度可以很高、功耗可以很小，但由于PCB板中IC芯片之間的連線延時(shí)、PCB板性以及重量等因素的限制，整機(jī)系統(tǒng)的性能受到了很大的限制。隨著系統(tǒng)向高速度、低功耗、低電壓和多媒體、網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化的發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)電路的要求越來越高，傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)已無法滿足性能日益提高的整機(jī)系統(tǒng)的要求。同時(shí)，由于IC設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)水平提高，集成電路規(guī)模越來越大，復(fù)雜程度越來越高，已經(jīng)可以將整個(gè)系統(tǒng)集成為一個(gè)芯片。目前已經(jīng)可以在一個(gè)芯片上集成108－109個(gè)晶體管，而且隨著微電子制造技術(shù)的發(fā)展，21世紀(jì)的微電子技術(shù)將從目前的3G時(shí)代逐步發(fā)展到3T時(shí)代（即存儲(chǔ)容量由G位發(fā)展到T位、集成電路器件的速度由GHz發(fā)展到燈THz、數(shù)據(jù)傳輸速率由Gbps發(fā)展到Tbps，注：1G=109、1T=1012、bps：每秒傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)）。

正是在需求牽引和技術(shù)推動(dòng)的雙重作用下，出現(xiàn)了將整個(gè)系統(tǒng)集成在一個(gè)微電子芯片上的系統(tǒng)芯片（SystemOnAChip，簡(jiǎn)稱SOC）概念。

系統(tǒng)芯片（SOC）與集成電路（IC）的設(shè)計(jì)思想是不同的，它是微電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，它和集成電路的關(guān)系與當(dāng)時(shí)集成電路與分立元器件的關(guān)系類似，它對(duì)微電子技術(shù)的推動(dòng)作用不亞于自50年代末快速發(fā)展起來的集成電路技術(shù)。

SOC是從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，把處理機(jī)制、模型算法、芯片結(jié)構(gòu)、各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來，在單個(gè)（或少數(shù)幾個(gè)）芯片上完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，它的設(shè)計(jì)必須是從系統(tǒng)行為級(jí)開始的自頂向下（Top－Down）的。很多研究表明，與IC組成的系統(tǒng)相比，由于SOC設(shè)計(jì)能夠綜合并全盤考慮整個(gè)系統(tǒng)的各種情況，可以在同樣的工藝技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標(biāo)。例如若采用SOC方法和0．35μm工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片,在相同的系統(tǒng)復(fù)雜度和處理速率下，能夠相當(dāng)于采用0．18～0.25μm工藝制作的IC所實(shí)現(xiàn)的同樣系統(tǒng)的性能；還有，與采用常規(guī)IC方法設(shè)計(jì)的芯片相比,采用SOC設(shè)計(jì)方法完成同樣功能所需要的晶體管數(shù)目約可以降低l～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

對(duì)于系統(tǒng)芯片（SOC）的發(fā)展，主要有三個(gè)關(guān)鍵的支持技術(shù)。

（1）軟、硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)。面向不同系統(tǒng)的軟件和硬件的功能劃分理論（FunctionalPartitionTheory），這里不同的系統(tǒng)涉及諸多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù)壓縮解壓縮和加密解密系統(tǒng)等等。

（2）IP模塊庫(kù)問題。IP模塊有三種,即軟核，主要是功能描述；固核，主要為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；和硬核，基于工藝的物理設(shè)計(jì)、與工藝相關(guān)，并經(jīng)過工藝驗(yàn)證過的。其中以硬核使用價(jià)值較高。CMOS的CPU、DRAM、SRAM、E2PROM和FlashMemory以及A／D、D／A等都可以成為硬核。其中尤以基于深亞微米的新器件模型和電路模擬為基礎(chǔ)，在速度與功耗上經(jīng)過優(yōu)化并有較大工藝容差的模塊最有價(jià)值。現(xiàn)在,美國(guó)硅谷在80年代出現(xiàn)無生產(chǎn)線（Fabless)公司的基礎(chǔ)上，90年代后期又出現(xiàn)了一些無芯片（Chipless）的公司,專門銷售IP模塊。

（3）模塊界面間的綜合分析技術(shù),這主要包括IP模塊間的膠聯(lián)邏輯技術(shù)（gluelogictechnologies）和IP模塊綜合分析及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。

微電子技術(shù)從IC向SOC轉(zhuǎn)變不僅是一種概念上的突破,同時(shí)也是信息技術(shù)新發(fā)展的里程碑。通過以上三個(gè)支持技術(shù)的創(chuàng)新,它必將導(dǎo)致又一次以系統(tǒng)芯片為主的信息技術(shù)上的革命。目前，SOC技術(shù)已經(jīng)嶄露頭角，21世紀(jì)將是SOC技術(shù)真正快速發(fā)展的時(shí)期。

在新一代系統(tǒng)芯片領(lǐng)域，需要重點(diǎn)突破的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的算法和電路結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。在微電子技術(shù)的發(fā)展歷史上,每一種算法的提出都會(huì)引起一場(chǎng)變革，例如維特比算法、小波變換等均對(duì)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展起到了非常重要的作用,目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法等也很有可能取得較大的突破。提出一種新的電路結(jié)構(gòu)可以帶動(dòng)一系列的應(yīng)用,但提出一種新的算法則可以帶動(dòng)一個(gè)新的領(lǐng)域,因此算法應(yīng)是今后系統(tǒng)芯片領(lǐng)域研究的重點(diǎn)學(xué)科之一。在電路結(jié)構(gòu)方面,在系統(tǒng)芯片中，由于射頻、存儲(chǔ)器件的加入，其中的電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的CMOS結(jié)構(gòu)，因此需要發(fā)展更靈巧的新型電路結(jié)構(gòu)。另外，為了實(shí)現(xiàn)膠聯(lián)邏輯（GlueLogic）新的邏輯陣列技術(shù)有望得到快速的發(fā)展,在這一方面也需要做系統(tǒng)深入的研究。

5微電子與其他學(xué)科的結(jié)合誕生新的技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)

微電子技術(shù)的強(qiáng)大生命力在于它可以低成本、大批量地生產(chǎn)出具有高性和高精度的微電子結(jié)構(gòu)模塊。這種技術(shù)一旦與其它學(xué)科相結(jié)合,便會(huì)誕生出一系列嶄新的學(xué)科和重大的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，這方面的典型例子便是MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)和DNA生物芯片。前者是微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合而誕生的，后者則是與生物工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

微電子機(jī)械系統(tǒng)不僅是微電子技術(shù)的拓寬和延伸,它將微電子技術(shù)和精密機(jī)械加工技術(shù)相互融合，實(shí)現(xiàn)了微電子與機(jī)械融為一體的系統(tǒng)。MEMS將電子系統(tǒng)和外部世界聯(lián)系起來，它不僅可以感受運(yùn)動(dòng)、光、聲、熱、磁等自然界的外部信號(hào)，把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子系統(tǒng)可以認(rèn)識(shí)的電信號(hào)，而且還可以通過電子系統(tǒng)控制這些信號(hào)，發(fā)出指令并完成該指令。從廣義上講，MEMS是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域，它幾乎涉及到自然及工程科學(xué)的所有領(lǐng)域，如電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、光學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等〖3〗。

MEMS的發(fā)展開辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。它們不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)。正是由于MEMS器件和系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、性高、性能優(yōu)異及功能強(qiáng)大等傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn),因而MEMS在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。例如微慣性傳感器及其組成的微型慣性測(cè)量組合能應(yīng)用于制導(dǎo)、衛(wèi)星控制、汽車自動(dòng)駕駛、汽車防撞氣囊、汽車防抱死系統(tǒng)（ABS）、穩(wěn)定控制和玩具；微流量系統(tǒng)和微分析儀可用于微推進(jìn)、傷員救護(hù)；信息MEMS系統(tǒng)將在射頻系統(tǒng)、全光通訊系統(tǒng)和高密度存儲(chǔ)器和顯示等方面發(fā)揮重大作用；同時(shí)MEMS系統(tǒng)還可以用于醫(yī)療、光譜分析、信息采集等等。現(xiàn)在已經(jīng)成功地制造出了尖端直徑為5μm的可以?shī)A起一個(gè)紅細(xì)胞的微型鑷子，可以在磁場(chǎng)中飛行的象蝴蝶大小的飛機(jī)等。

MEMS技術(shù)及其產(chǎn)品的增長(zhǎng)速度非常之高，目前正處在技術(shù)發(fā)展時(shí)期，再過若干年將會(huì)迎來MEMS產(chǎn)業(yè)化高速發(fā)展的時(shí)期。2000年，全世界MEMS的市場(chǎng)達(dá)到120到140億美元，而帶來的與之相關(guān)的市場(chǎng)達(dá)到1000億美元。

目前，MEMS系統(tǒng)與集成電路發(fā)展的初期情況極為相似。集成電路發(fā)展初期，其電路在今天看來是很簡(jiǎn)單的，應(yīng)用也非常有限，以軍事需求為主,但它的誘人前景吸引了人們進(jìn)行大量投資，促進(jìn)了集成電路飛速發(fā)展。集成電路技術(shù)的進(jìn)步,加快了計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的速度，對(duì)CPU和RAM的需求越來越大,反過來又促進(jìn)了集成電路的發(fā)展。集成電路和計(jì)算機(jī)在發(fā)展中相互推動(dòng)，形成了今天的雙贏局面，帶來了一場(chǎng)信息革命。現(xiàn)階段的微機(jī)電系統(tǒng)專用性很強(qiáng)，單個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常有限,還沒有出現(xiàn)類似于CPU和RAM這樣量大面廣的產(chǎn)品。隨著微機(jī)電系統(tǒng)的進(jìn)步，將有可能形成像微電子技術(shù)一樣有廣泛應(yīng)用前景的新產(chǎn)業(yè)，從而對(duì)人們的社會(huì)生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生重大影響。

當(dāng)前MEMS系統(tǒng)能否取得更更大突破，取決于兩方面的因素：及時(shí)是在微系統(tǒng)理論與基礎(chǔ)技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展，使人們依靠掌握的理論和基礎(chǔ)技術(shù)可以高效地設(shè)計(jì)制造出所需的微系統(tǒng)；第二是找準(zhǔn)應(yīng)用突破口，揚(yáng)長(zhǎng)避短，以特別適合微系統(tǒng)應(yīng)用的重大領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)進(jìn)行研究,取得突破，從而帶動(dòng)微系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在MEMS發(fā)展中需要繼續(xù)解決的問題主要有：MEMS建模與設(shè)計(jì)方法學(xué)研究；三維微結(jié)構(gòu)構(gòu)造原理、方法、仿真及制造；微小尺度力學(xué)和熱學(xué)研究；MEMS的表征與計(jì)量方法學(xué)；納結(jié)構(gòu)與集成技術(shù)等。

微電子與生物技術(shù)緊密結(jié)合誕生的以DNA芯片等為代表的生物芯片將是21世紀(jì)微電子領(lǐng)域的另一個(gè)熱點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。它是以生物科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物體、生物組織或細(xì)胞等的特點(diǎn)和功能，設(shè)計(jì)構(gòu)建具有預(yù)期性狀的新物種或新品系，并與工程技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行加工生產(chǎn)，它是生命科學(xué)與技術(shù)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。具有附加值高、資源占用少等一系列特點(diǎn)，正日益受到廣泛關(guān)注。目前最有代表性的生物芯片是DNA芯片。

采用微電子加工技術(shù)，可以在指甲蓋大小的硅片上制作出包含有多達(dá)萬種DNA基因片段的芯片。利用這種芯片可以在極快的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)或發(fā)現(xiàn)遺傳基因的變化等情況，這無疑對(duì)遺傳學(xué)研究、疾病診斷、疾病治療和預(yù)防、轉(zhuǎn)基因工程等具有極其重要的作用。

DNA芯片的基本思想是通過生物反應(yīng)或施加電場(chǎng)等措施使一些特殊的物質(zhì)能夠反映出某種基因的特性從而起到檢測(cè)基因的目的。目前Stanford和Affymetrix公司的研究人員已經(jīng)利用微電子技術(shù)在硅片或玻璃片上制作出了DNA芯片〖4〗。他們制作的DNA芯片是通過在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維。不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基因片段，該芯片共包括6000余種DNA基因片段。DNA（脫氧核糖核酸）是生物學(xué)中最重要的一種物質(zhì)，它包含有大量的生物遺傳信息，DNA芯片的作用非常巨大，其應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛：它不僅可以用于基因?qū)W研究、生物醫(yī)學(xué)等，而且隨著DNA芯片的發(fā)展還將形成微電子生物信息系統(tǒng)，這樣該技術(shù)將廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)和環(huán)境保護(hù)等人類生活的各個(gè)方面，那時(shí)，生物芯片有可能象今天的IC芯片一樣無處不在。

目前的生物芯片主要是指通過平面微細(xì)加工技術(shù)及超分子自組裝技術(shù)，在固體芯片表面構(gòu)建的微分析單元和系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)化合物、蛋白質(zhì)、核酸、細(xì)胞以及其它生物組分的、快速、大信息量的篩選或檢測(cè)。生物芯片的主要研究包括采用生物芯片的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)、基于生物芯片的生物信息學(xué)以及高密度生物芯片的設(shè)計(jì)、檢測(cè)方法學(xué)等等。

6結(jié)語

在微電子學(xué)發(fā)展歷程的前50年中，創(chuàng)新和基礎(chǔ)研究曾起到非常關(guān)鍵的決定性作用。而隨著器件特征尺寸的縮小、納米電子學(xué)的出現(xiàn)、新一代SOC的發(fā)展、MEMS和DNA芯片的崛起，又提出了一系列新的課題，客觀需求正在“召喚”創(chuàng)新成果的誕生。

回顧20世紀(jì)后50年，展望21世紀(jì)前50年，即百年的微電子科學(xué)技術(shù)發(fā)展歷程，使我們深切地感受到，世紀(jì)之交的微電子技術(shù)對(duì)我們既是一個(gè)重大的機(jī)遇，也是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如果我們能夠抓住這個(gè)機(jī)遇，立足創(chuàng)新，去勇敢地迎接這個(gè)挑戰(zhàn)，則有可能使我國(guó)微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)騰飛，在新一代微電子技術(shù)中擁有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，促進(jìn)我國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為迎接21世紀(jì)中葉將要到來的偉大的民族復(fù)興奠定技術(shù)基礎(chǔ)，以重鑄中華民族的輝煌！

電子學(xué)論文:光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合分析論文

0引言

光電檢測(cè)技術(shù)是光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興檢測(cè)技術(shù)［1］。它主要利用電子技術(shù)對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)一步傳遞、儲(chǔ)存、控制、計(jì)算和顯示［2］。光電檢測(cè)技術(shù)從原理上講可以檢測(cè)一切能夠影響光量和光特性的非電量。它可通過光學(xué)系統(tǒng)把待檢測(cè)的非電量信息變換成為便于接受的光學(xué)信息，然后用光電探測(cè)器件將光學(xué)信息量變換成電量，并進(jìn)一步經(jīng)過電路放大、處理，以達(dá)到電信號(hào)輸出的目的［3］。然后采用電子學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī)及物理學(xué)等方法分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，以便于進(jìn)行相應(yīng)的電路改進(jìn)，更好地研究被噪聲淹沒的微弱有用信號(hào)的特點(diǎn)與相關(guān)性，從而了解非電量的狀態(tài)。微弱信號(hào)檢測(cè)的目的是從強(qiáng)噪聲中提取有用信號(hào)，同時(shí)提高檢測(cè)系統(tǒng)輸出信號(hào)的信噪比。

1光電檢測(cè)電路的基本構(gòu)成

光電探測(cè)器所接收到的信號(hào)一般都非常微弱，而且光探測(cè)器輸出的信號(hào)往往被深埋在噪聲之中，因此，要對(duì)這樣的微弱信號(hào)進(jìn)行處理，一般都要先進(jìn)行預(yù)處理，以將大部分噪聲濾除掉，并將微弱信號(hào)放大到后續(xù)處理器所要求的電壓幅度。這樣，就需要通過前置放大電路、濾波電路和主放大電路來輸出幅度合適、并已濾除掉大部分噪聲的待檢測(cè)信號(hào)。其光電檢測(cè)模塊的組成框圖如圖1所示。

2光電二極管的工作模式與等效模型

2．1光電二極管的工作模式

光電二極管一般有兩種模式工作：零偏置工作和反偏置工作，圖2所示是光電二極管的兩種模式的偏置電路。圖中，在光伏模式時(shí)，光電二極管可非常的線性工作；而在光導(dǎo)模式時(shí)，光電二極管可實(shí)現(xiàn)較高的切換速度，但要犧牲一定的線性。事實(shí)上，在反偏置條件下，即使無光照，仍有一個(gè)很小的電流(叫做暗電流或無照電流1。而在零偏置時(shí)則沒有暗電流，這時(shí)二極管的噪聲基本上是分路電阻的熱噪聲；在反偏置時(shí)，由于導(dǎo)電產(chǎn)生的散粒噪聲成為附加的噪聲源。因此，在設(shè)計(jì)光電二極管電路的過程中，通常是針對(duì)光伏或光導(dǎo)兩種模式之一進(jìn)行化設(shè)計(jì)，而不是對(duì)兩種模式都進(jìn)行化設(shè)計(jì)［4］。

一般來說，在光電精密測(cè)量中，被測(cè)信號(hào)都比較微弱，因此，暗電流的影響一般都非常明顯。本設(shè)計(jì)由于所討論的待檢測(cè)信號(hào)也是十分微弱的信號(hào)，所以，盡量避免噪聲干擾是首要任務(wù)，所以，設(shè)計(jì)時(shí)采用光伏模式。

2．2光電二極管的等效電路模型

工作于光伏方式下的光電二極管的工作模型如圖3所示，它包含一個(gè)被輻射光激發(fā)的電流源、一個(gè)理想的二極管、結(jié)電容和寄生串聯(lián)及并聯(lián)電阻。圖中，IL為二極管的漏電流；ISC為二極管的電流；RPD為寄生電阻；CPD為光電二極管的寄生電容；ePD為噪聲源；Rs為串聯(lián)電阻。

由于工作于該光伏方式下的光電二極管上沒有壓降，故為零偏置。在這種方式中，影響電路性能的關(guān)鍵寄生元件為CPD和RPD，它們將影響光檢測(cè)電路的頻率穩(wěn)定性和噪聲性能。CPD是由光電二極管的P型和N型材料間的耗盡層寬度產(chǎn)生的。耗盡層越窄，結(jié)電容的值越大。相反，較寬的耗盡層(如PIN光電二極管)會(huì)表現(xiàn)出較寬的頻譜響應(yīng)。硅二極管結(jié)電容的數(shù)值范圍大約在20或25pF到幾千pF以上。而光電二極管的寄生電阻RPD(也稱作"分流"電阻或"暗"電阻)，則與光電二極管的偏置有關(guān)。

與光伏電壓方式相反，光導(dǎo)方式中的光電二極管則有一個(gè)反向偏置電壓加至光傳感元件的兩端。當(dāng)此電壓加至光檢測(cè)器件時(shí)，耗盡層的寬度會(huì)增加，從而大幅度地減小寄生電容CPD的值。寄生電容值的減小有利于高速工作，然而，線性度和失調(diào)誤差尚未化。這個(gè)問題的折衷設(shè)計(jì)將增加二極管的漏電流IL和線性誤差。

3電路設(shè)計(jì)

3．1主放大器設(shè)計(jì)

眾多需要檢瀏的微弱光信號(hào)通常都是通過各種傳感器來進(jìn)行非電量的轉(zhuǎn)換，從而使檢測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?電流或電壓)。由于所測(cè)對(duì)象本身為微弱量，同時(shí)受各種不同傳感器靈敏度的限制，因而所得到的電量自然是小信號(hào)，一般不能直接用于采樣處理。本設(shè)計(jì)中的光電二極管前置放大電路主要起到電流轉(zhuǎn)電壓的作用，但后續(xù)電路一般為A／D轉(zhuǎn)換電路，所需電壓幅值一般為2V。然而，即使是這樣，而輸出的電壓信號(hào)一般還需要繼續(xù)放大幾百倍，因此還需應(yīng)用主放大電路。其典型放大電路如圖4所示。

該主放大器的放大倍數(shù)為A=l＋R2/R3，其中R2為反饋電阻。為了后續(xù)電路的正常工作，設(shè)計(jì)時(shí)需要設(shè)定合理的R2和R1值，以便得到所需幅值的輸出電壓。即有

3．2濾波器設(shè)計(jì)

為使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔并具有良好的信噪比,設(shè)計(jì)時(shí)還需要用帶通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。為保障測(cè)量的性，本設(shè)計(jì)在前置放大電路之后加人二階帶通濾波電路，以除去有用信號(hào)頻帶以外的噪聲，包括環(huán)境噪聲及由前置放大器引人的噪聲。這里采用的有源帶通濾波器可選通某一頻段內(nèi)的信號(hào)，而抑制該頻段以外的信號(hào)。該濾波器的幅頻特性如圖5所示。圖5中，f1、f2分別為上下限截止頻率，f0為中心頻率，其頻帶寬度為：

B=f2-f1=f0/Q

式中，Q為品質(zhì)因數(shù)，Q值越大，則隨著頻率的變化，增益衰減越快。這是因?yàn)橹行念l率一定時(shí)，Q值越大，所通過的頻帶越窄，濾波器的選擇性好。

有源濾波器是一種含有半導(dǎo)體三極管、集成運(yùn)算放大器等有源器件的濾波電路。這種濾波器相對(duì)于無源濾波器的特點(diǎn)是體積小、重量輕、價(jià)格低、結(jié)構(gòu)牢固、可以集成。由于運(yùn)算放大器具有輸人阻抗高、輸出阻抗低、高的開環(huán)增益和良好的穩(wěn)定性，且構(gòu)成簡(jiǎn)單而且性能優(yōu)良。本設(shè)計(jì)選用了去處放大器來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本設(shè)計(jì)選用了去處放大器來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖6所示的二階帶通濾波器是一種二階壓控電壓源(VCVS)帶通濾波器，其濾波電路采用有源濾波器完成，并由二階壓控電壓源(VCVS)低通濾波器和二階壓控電壓源高通濾波器串接組成帶通濾波器。

對(duì)于及時(shí)部分，即低通濾波器，系統(tǒng)要求的低通截止頻率為fc，其傳遞函數(shù)為：

第二部分為高通濾波器，系統(tǒng)要求的高通截止頻率為fc，其傳遞函數(shù)如下：

4完整的檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

本光電檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完整電路如圖7所示。為方便表示，電路中的R2、R3即為前面等效電路模型中的RT、RF。前級(jí)部分由光電轉(zhuǎn)換二極管與前級(jí)放大器組成，這也是光電檢測(cè)電路的核心部分，其器件選用高性能低噪聲運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)電路匹配并將光電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)倍的放大。然而，雖然前級(jí)放大倍數(shù)可以設(shè)計(jì)得很大，但由于反饋電阻會(huì)引入熱噪聲而限制電路的信噪比，因此前級(jí)信號(hào)不能無限放大。

5結(jié)束語

本文研究了光電檢測(cè)系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)方法。通過從經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的角度對(duì)相關(guān)的光電轉(zhuǎn)換器件和前置放大器進(jìn)行了選擇和電路設(shè)計(jì)，從而確定了關(guān)鍵元器件的參數(shù)。實(shí)際使用證明：該設(shè)計(jì)可以滿足一般光電檢測(cè)場(chǎng)合的需要。

電子學(xué)論文:生物電子學(xué)教學(xué)實(shí)踐

1實(shí)驗(yàn)教學(xué)在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的作用

創(chuàng)新是民族進(jìn)步的靈魂,培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是高等教育的根本任務(wù)。就高等學(xué)校而言,創(chuàng)新能力培養(yǎng)是隨著新一輪技術(shù)革命和知識(shí)經(jīng)濟(jì)的來臨,社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展對(duì)高級(jí)專門人才所應(yīng)具有的特征提出的新要求。創(chuàng)新型人才具備的素質(zhì)概括起來應(yīng)該具有以下幾個(gè)方面的能力:與人合作、共事和溝通的能力;分析、批判和發(fā)現(xiàn)的能力;參與、分享和表達(dá)的能力等等[2,3]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高等教育的重要環(huán)節(jié),是提高學(xué)生實(shí)踐能力的重要途徑,對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起著更為重要的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是幫助學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的基本技能、提高學(xué)生實(shí)際的動(dòng)手能力、加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解。在此基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題,通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理,從實(shí)踐的探索中找到解決問題的方法。同時(shí),幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)新方法,探索新觀點(diǎn),掌握新技術(shù)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本目的就是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此,電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)必須以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為目標(biāo)[4]。

2電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐

圍繞創(chuàng)新教育的目標(biāo),我們從實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教材、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)地等多方面積極探討電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革并加以實(shí)踐。

2.1改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,更新實(shí)驗(yàn)教材

傳統(tǒng)的電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法突出“驗(yàn)證性”,主要是老師指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn),目的是為了驗(yàn)證某一定理或結(jié)論。實(shí)驗(yàn)過程一般是老師首先介紹實(shí)驗(yàn)的目的和實(shí)驗(yàn)器材的使用方法,然后把實(shí)驗(yàn)涉及到電路做相關(guān)的講解,然后學(xué)生開始搭建電路,測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以更好的反饋學(xué)生學(xué)到的理論知識(shí),但這種實(shí)驗(yàn)方法也很容易讓學(xué)生產(chǎn)生依賴性,學(xué)生只是根據(jù)老師的講解機(jī)械的操作,學(xué)生很少去想實(shí)驗(yàn)為什么這樣做,有沒有更好的方案,在實(shí)驗(yàn)過程中一直處于被動(dòng)地位,不利于學(xué)生創(chuàng)造性的發(fā)揮。因此,我們逐步改變老師在實(shí)驗(yàn)中的角色,突出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主體地位,老師由傳統(tǒng)的講解者、傳遞者、灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者、幫助者、促進(jìn)者。老師把主要精力由傳遞知識(shí)轉(zhuǎn)化到如何教導(dǎo)學(xué)生自己學(xué)習(xí)的方法上,指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)的“從哪里”和“怎么樣”獲得自己所需要的知識(shí),掌握獲得知識(shí)的工具和處理獲取信息的方法,不斷激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。同時(shí),在基于注重基礎(chǔ)、強(qiáng)化實(shí)踐的原則下,針對(duì)醫(yī)學(xué)院校工科專業(yè)的特點(diǎn)與實(shí)際需求,我們?cè)?011年編寫了清華大學(xué)出版社十二五規(guī)劃教材《電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教程》,以利于因材施教[5]。

2.2優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電子的新技術(shù)、新知識(shí)、新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。面向電子技術(shù)發(fā)展的方向,我們更新電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。降低了電子學(xué)實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的比重,逐步將實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)驗(yàn)證型試驗(yàn)、設(shè)計(jì)型試驗(yàn)和研究型實(shí)驗(yàn)三部分。在設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中老師根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)提供一些設(shè)計(jì)課題,只給出實(shí)驗(yàn)的任務(wù)和設(shè)計(jì)原理,提供一定的參考電路和參考資料,由學(xué)生根據(jù)要求自行設(shè)計(jì)電路,并組裝調(diào)試完成。學(xué)生可以根據(jù)自己的情況選擇難易不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中首先利用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行分析和設(shè)計(jì),然后根據(jù)設(shè)計(jì)、完成電路,利用實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)電路進(jìn)行測(cè)量和調(diào)試,在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的過程中提高學(xué)生獨(dú)立思考的能力;在研究型實(shí)驗(yàn)中老師根據(jù)課程內(nèi)容和學(xué)科發(fā)展,提出若干研究主題,并向?qū)W生介紹這些主題的基本情況和研究背景,學(xué)生可根據(jù)自己興趣自由選題。在老師的指導(dǎo)下,學(xué)生通過查閱資料進(jìn)行綜合性的研究分析,給出主題的研究策略,提交研究論文。研究型實(shí)驗(yàn)主要是為了發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用、擴(kuò)寬學(xué)生的知識(shí)面、培養(yǎng)學(xué)生思考創(chuàng)新的能力,對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高起到了積極的作用。在輔導(dǎo)學(xué)習(xí)進(jìn)行研究型實(shí)驗(yàn)同時(shí),輔導(dǎo)老師也可以更好的掌握本專業(yè)的發(fā)展方向和發(fā)展動(dòng)態(tài),提高自身的業(yè)務(wù)水平[6,7]。

2.3建立預(yù)約開放式的實(shí)驗(yàn)室管理模式

為保障電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的順利進(jìn)行,我們建立了預(yù)約開放式的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理模式。電子學(xué)實(shí)驗(yàn)中心配備專職的實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員,實(shí)行實(shí)驗(yàn)室預(yù)約開放制度,學(xué)生通過電話或網(wǎng)絡(luò)提前預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,實(shí)驗(yàn)室提供實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)材料和技術(shù)資料,同時(shí)提供相應(yīng)的指導(dǎo)或協(xié)助,從而充分利用實(shí)驗(yàn)室資源,提高學(xué)生動(dòng)手能力,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神。充分利用學(xué)校構(gòu)建的教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng),學(xué)生可以在教學(xué)平臺(tái)中找到所有實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、教學(xué)多媒體課件的資料。同時(shí),指導(dǎo)學(xué)生使用學(xué)校購(gòu)買的中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)、超星電子圖書館、萬方數(shù)據(jù)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)等資料數(shù)據(jù)庫(kù),擴(kuò)寬學(xué)生視野,有效補(bǔ)充電子學(xué)教材和實(shí)驗(yàn)室資料的不足。基于教學(xué)平臺(tái),建立實(shí)驗(yàn)預(yù)約與教學(xué)管理網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),有效地提高實(shí)驗(yàn)室的利用效率、管理水平和管理效果[8,9]。

2.4實(shí)行實(shí)驗(yàn)課程學(xué)分制

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中,我們通常將學(xué)生的考勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為評(píng)定學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的主要依據(jù)。導(dǎo)致一些學(xué)生過分重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的性,忽略了做實(shí)驗(yàn)本身的目的是培養(yǎng)自己的實(shí)踐能力,而不是片面地追求實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論的誤差。同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)谡n程最終評(píng)定成績(jī)所占比例較低,也造成一些學(xué)生不認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn),或是直接抄襲其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此,我們將電子技術(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程與理論課程分離,將實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課(2學(xué)分),引起學(xué)生的足夠重視。同時(shí),改變依靠實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)定成績(jī)的該方法,從多方面考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰碓u(píng)定學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程的成績(jī)。首先,采取抽取選題的方式進(jìn)行實(shí)際能力操作的考核,這部分成績(jī)占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的60%;然后,以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的報(bào)告來考察學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)和科研工作能力的依據(jù),根據(jù)報(bào)告質(zhì)量給定成績(jī)占25%;將平時(shí)考勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績(jī)占實(shí)驗(yàn)總成績(jī)的15%。通過考試改革使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)課程的重要性,而不是僅僅將實(shí)驗(yàn)課看做理論課的附屬[10]。

3電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐效果

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的過程,我們明確教學(xué)思路,秉承著實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要特點(diǎn)“動(dòng)手、觀察、思考、感悟、發(fā)現(xiàn)”。不段提高電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量,取得了明顯成效。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以幫助學(xué)生鞏固和加深理解所學(xué)的原理知識(shí)(表1所示為(2005級(jí)~2008級(jí))生物醫(yī)學(xué)工程本科電子技術(shù)學(xué)理論課程考試成績(jī)統(tǒng)計(jì)表),同時(shí),開闊了學(xué)生的視野、增強(qiáng)了學(xué)生的興趣、提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和科研能力,學(xué)生從事電子學(xué)技術(shù)應(yīng)用研究的興趣有了空前的提高,學(xué)生科技活動(dòng)也空前活躍。生物醫(yī)學(xué)工程本科專業(yè)學(xué)生在山東省第五屆~第八屆大學(xué)生機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽和第十二屆“挑戰(zhàn)杯”山東省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中取得了優(yōu)異的成績(jī),多次榮獲一等獎(jiǎng)[11]。

4結(jié)束語

通過改革生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)傳統(tǒng)的電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,逐步把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力放在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的首位。以優(yōu)化專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)、提高學(xué)生綜合素質(zhì)為前提修訂實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃和方案,調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織結(jié)構(gòu);形成研究型、綜合型的教學(xué)體系和培養(yǎng)模式;改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)封閉的、被動(dòng)的、單一性的以教師為主體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式,真正提高了學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力,實(shí)驗(yàn)效果得到了學(xué)生的一致認(rèn)可。

電子學(xué)論文:有機(jī)電子學(xué)中的非平衡輸運(yùn)問題

摘 要：ssh模型結(jié)合非平衡格林函數(shù)方法可以用來研究有機(jī)半導(dǎo)體自旋器件中自旋相關(guān)的電荷輸運(yùn)。本文用能級(jí)交叉解釋了有機(jī)電子裝置中偏壓導(dǎo)致絕緣體-金屬相變，理論研究也再現(xiàn)了一系列的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：有機(jī)電子學(xué) ssh 非平衡輸運(yùn)問題

一、引言

近幾年對(duì)有機(jī)納米結(jié)構(gòu)中的非平衡輸運(yùn)的理論研究已迅速發(fā)展起來，特別是將非平衡格林函數(shù)（negf）方法同密度泛函理論（dft）相結(jié)合的dft+negf方法從物理和化學(xué)的角度解釋了很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。但是該方法對(duì)負(fù)微分電阻和雙穩(wěn)態(tài)導(dǎo)電開關(guān)效應(yīng)的解釋一直未能令人滿意，究其根源來自于dft只能給出系統(tǒng)基態(tài)的性質(zhì)，而這兩種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象則和系統(tǒng)的激發(fā)態(tài)相關(guān)。基于這一思想，研究負(fù)微分電阻和雙穩(wěn)態(tài)導(dǎo)電開關(guān)效應(yīng)等新現(xiàn)象可以采用能夠很好描述有機(jī)體系元激發(fā)性質(zhì)的su-schrieffer-heeger（ssh）模型同negf結(jié)合的計(jì)算方法（ssh+negf）。計(jì)算結(jié)果合理地解釋了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并在一定程度上預(yù)言了有機(jī)自旋電子學(xué)可能的新物理現(xiàn)象，主要包括：（1）偏壓在有機(jī)形成的強(qiáng)電場(chǎng)會(huì)使有機(jī)體系的價(jià)帶頂同導(dǎo)帶底交疊，從而誘導(dǎo)絕緣態(tài)-金屬態(tài)的相變，使得派爾斯相消失；（2）負(fù)微分電阻和雙穩(wěn)態(tài)導(dǎo)電開關(guān)效應(yīng)都同非平衡極化子密切相關(guān)，前者來自于自摻雜極化子的湮滅，后者則來自于偏壓導(dǎo)致的非平衡極化子的產(chǎn)生，負(fù)微分電阻效應(yīng)更可以增強(qiáng)有機(jī)自旋閥結(jié)構(gòu)的巨磁阻效應(yīng)。

二、有機(jī)電子學(xué)中的非平衡輸運(yùn)問題

1、有機(jī)電子學(xué)中偏壓導(dǎo)致的絕緣體——金屬相變

負(fù)微分電阻和雙穩(wěn)態(tài)導(dǎo)電（cs）開關(guān)的發(fā)現(xiàn)，使得利用單個(gè)分子作為電器開關(guān)的分子電子學(xué)迅速發(fā)展起來。作為下一代可實(shí)用技術(shù)，分子電子學(xué)器件應(yīng)呈現(xiàn)大的開關(guān)比（>50:1），且應(yīng)是分子的內(nèi)稟性質(zhì)并具有可控性。人們?yōu)樘接憣?dǎo)電開關(guān)機(jī)制提出了一系列模型，如：構(gòu)形變化、電荷效應(yīng)和極化子模型。然而，這些均不能很好解釋實(shí)驗(yàn)中所觀察到的分子開關(guān)中大的內(nèi)稟開關(guān)比。下面為另一種可能的機(jī)制，導(dǎo)電開關(guān)中大的內(nèi)稟開關(guān)比用偏壓導(dǎo)致的派爾斯相消失以及能級(jí)交叉來控制。

大多數(shù)分子器件都采用短鏈 -共軛有機(jī)分子作為散射區(qū)材料，并制成“金屬——分子——金屬”三明治結(jié)構(gòu)。鏈?zhǔn)郊{米尺度的有機(jī)分子屬于有機(jī)半導(dǎo)體（oses）。有機(jī)半導(dǎo)體的主要特性表現(xiàn)為派爾斯不穩(wěn)定性，即電子——聲子（e——ph）強(qiáng)相互作用導(dǎo)致單雙鏈交替，并在較高已占分子軌道（homo）與低未占分子軌道（lumo）之間形成一個(gè)相對(duì)較大的能隙。無論散射區(qū)是由自下而上的單層自組裝技術(shù)還是自上而下的光刻技術(shù)制成，派爾斯不穩(wěn)定性很大程度上限制碳原子的 電子，并使得有機(jī)半導(dǎo)體電導(dǎo)率較低。顯然，非局域的電子將有助于提高有機(jī)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。要產(chǎn)生這種電子，一種方法是使非線性激發(fā)（孤子或極化子）作為電荷載流子，另一種方法是直接消除派爾斯相。升高溫度可能會(huì)使得派爾斯相消除，從而導(dǎo)致絕緣體——金屬轉(zhuǎn)變。

利用時(shí)間——偏壓映射方法，可計(jì)算得到時(shí)金屬/有機(jī)半導(dǎo)體/金屬系統(tǒng)中掃描偏壓與電流的關(guān)系（圖1）。圖中可清楚的看到滯后的導(dǎo)電開關(guān)性質(zhì)。體系中有機(jī)半導(dǎo)體層選取40個(gè)格點(diǎn)，長(zhǎng)度大約為5nm，這與實(shí)驗(yàn)材料尺寸一致。圖1中包括了實(shí)驗(yàn)中所觀測(cè)的特性：（1）一個(gè)明顯的雙穩(wěn)開/關(guān)態(tài)，分別對(duì)應(yīng)于開關(guān)比大于20：1的低/高電阻態(tài)；（2）電壓為 (~4.5 v)時(shí)，局域電流出現(xiàn)較大值 ，且電流與有機(jī)半導(dǎo)體的尺寸和金屬——有機(jī)半導(dǎo)體耦合大小呈非線性關(guān)系（從幾納安到幾微安）；（3）開啟電壓 (~3.7 v)處為高電流（開關(guān)通）的狀態(tài)；（4）加入正向或反向偏壓可得到重復(fù)開關(guān)和讀數(shù)。圖1中的插圖為開啟電壓 與有機(jī)半導(dǎo)體鏈長(zhǎng) 的非線性關(guān)系，這證明結(jié)果在不同尺寸的有機(jī)電子學(xué)器件中具有一般性。

圖1. 有機(jī)半導(dǎo)體鏈長(zhǎng) 、線性掃描偏壓比為 且 時(shí)金屬/有機(jī)半導(dǎo)體/金屬電子模型的掃描偏壓與磁滯電流的關(guān)系

2、有機(jī)自旋閥系統(tǒng)中電荷轉(zhuǎn)移極化子誘導(dǎo)的負(fù)微分電阻

在傳統(tǒng)半導(dǎo)體二極管以及有機(jī)半導(dǎo)體（ose）納米結(jié)構(gòu)中負(fù)微分電阻（ndr）的發(fā)現(xiàn)打開了器件物理學(xué)的新篇章。受有機(jī)負(fù)微分電阻潛在應(yīng)用的驅(qū)使，已研制成各種有機(jī)半導(dǎo)體電子器件并做了大量實(shí)驗(yàn)。一些可能的機(jī)制，如異質(zhì)結(jié)構(gòu)中帶間隧穿或共振隧穿已被提出，但有機(jī)負(fù)微分電阻的物理機(jī)制仍然是一個(gè)理論的挑戰(zhàn)。有機(jī)負(fù)微分電阻不僅由于'電極/有機(jī)半導(dǎo)體/電極'結(jié)構(gòu)中的電荷轉(zhuǎn)移，還由于有機(jī)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)電子——聲子強(qiáng)耦合作用誘導(dǎo)的極化子。

總之，ssh模型結(jié)合非平衡格林函數(shù)方法可以用來研究有機(jī)半導(dǎo)體自旋器件中自旋相關(guān)的電荷輸運(yùn)。本文用能級(jí)交叉解釋了有機(jī)電子裝置中偏壓導(dǎo)致絕緣體——金屬相變，理論研究也再現(xiàn)了一系列的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如 相變；用磁滯負(fù)微分電阻行為解釋了電荷收集和釋放過程，在一定意義上電荷輸運(yùn)極化子態(tài)的形成和湮沒是相當(dāng)?shù)摹?

電子學(xué)論文:建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的電工電子學(xué)教學(xué)實(shí)踐

論文關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義電工電子學(xué)教學(xué)應(yīng)用

論文摘要：為了更好的調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性，更好的培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)社會(huì)的能力，嘗試將建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論應(yīng)用到電工電子學(xué)的教學(xué)當(dāng)中。從建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論四大要素“情境”、“協(xié)作”、“會(huì)話”和“意義建構(gòu)”人手，通過實(shí)例介紹建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論在具體教學(xué)中的應(yīng)用及效果。

大學(xué)教育不僅是為學(xué)生走向社會(huì)做一個(gè)知識(shí)的鋪墊，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生的一種團(tuán)體意識(shí)、探索意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)及實(shí)踐意識(shí)。傳統(tǒng)的灌輸式的教育模式培養(yǎng)的學(xué)生習(xí)慣被動(dòng)的接受和安排，往往適應(yīng)不了競(jìng)爭(zhēng)激烈、快速發(fā)展的社會(huì)。如何找到學(xué)校教育與社會(huì)實(shí)際工作的切人點(diǎn)是長(zhǎng)期困擾筆者的一個(gè)問題。后來了解到建構(gòu)主義理論的思想恰好符合當(dāng)今社會(huì)對(duì)學(xué)校培養(yǎng)人才的要求L1]，于是漸漸嘗試將該理論納人到河北科技師范學(xué)院的電工電子學(xué)教學(xué)中去，取得了良好的教學(xué)效果。

1建構(gòu)主義的一般闡述

1．1建構(gòu)主義的由來

建構(gòu)主義(constructivism)也譯作結(jié)構(gòu)主義，是由瑞士學(xué)者讓·皮亞杰(J．Piaget)最早提出來的，是認(rèn)知學(xué)習(xí)理論的一個(gè)重要分支，隨著心理學(xué)家對(duì)人類學(xué)習(xí)過程認(rèn)知規(guī)律研究的不斷深入，近年來在西方逐漸流行。

1．2建構(gòu)主義理論關(guān)于學(xué)習(xí)的含義

建構(gòu)主義改變了傳統(tǒng)的“反映論”，提出了嶄新的“建構(gòu)論”，在知識(shí)的性與相對(duì)性、結(jié)構(gòu)性與非結(jié)構(gòu)性、概括性與具體性之間，它更偏向于后者。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論不是一種簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)策略，而是一種全新的學(xué)習(xí)哲學(xué)，它以更多地關(guān)注學(xué)生、更多地注重交流、更強(qiáng)調(diào)課堂的研究活動(dòng)和小組互動(dòng)為特征，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)基于“菜單式”和盲目追求效率的學(xué)校教育，并成為2l世紀(jì)教育改革的主流理論L2]。建構(gòu)主義認(rèn)為，知識(shí)不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會(huì)文化背景下，借助其他人(包括教師和學(xué)習(xí)伙伴)的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式而獲得。由于學(xué)習(xí)是在一定的情境即社會(huì)文化背景下，借助其他人的幫助即通過人際間的協(xié)作活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的意義建構(gòu)過程，因此建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為“情境”、“協(xié)作”、“會(huì)話”和“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大要素。

1．3建構(gòu)主義理論關(guān)于學(xué)習(xí)的方法

建構(gòu)主義認(rèn)為，在知識(shí)建構(gòu)過程中，整體性知識(shí)比零散性知識(shí)更重要，它批評(píng)傳統(tǒng)教學(xué)中“自下而上”的教學(xué)設(shè)計(jì)，認(rèn)為這是導(dǎo)致學(xué)習(xí)過于簡(jiǎn)化、脫離現(xiàn)實(shí)的原因之一。建構(gòu)主義提出了與之相反的“自上而下”的教學(xué)設(shè)計(jì)：首先，教師提出整體性學(xué)習(xí)任務(wù)，以與生活經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的真實(shí)問題呈現(xiàn)；其次，讓學(xué)生嘗試將整體任務(wù)分解成各級(jí)子任務(wù)；再次，學(xué)生單獨(dú)或通過小組討論，探索完成這些任務(wù)的知識(shí)技能，最終使問題得以解決。教師在此過程中以合作者、幫助者和輔導(dǎo)者的身份呈現(xiàn)問題，與學(xué)生一起探討，提供理解和解決問題的知識(shí)及策略。教師要成為學(xué)生建構(gòu)意義的幫助者，就要求教師在教學(xué)過程中從以下幾個(gè)方面發(fā)揮指導(dǎo)作用(圖1)：①激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生形成學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。②通過創(chuàng)設(shè)符合教學(xué)內(nèi)容要求的情境和提示新舊知識(shí)之間聯(lián)系的線索，幫助學(xué)生建構(gòu)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義。③為了使意義建構(gòu)更有效，教師應(yīng)在可能的條件下組織協(xié)作學(xué)習(xí)(開展討論與交流)，并對(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)過程進(jìn)行引導(dǎo)使之朝有利于意義建構(gòu)的方向發(fā)展。

2河北科技師范學(xué)院電工電子學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

電工電子學(xué)是非電類理工專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，河北科技師范學(xué)院機(jī)電系的機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)、農(nóng)機(jī)專業(yè)，教育系的教育技術(shù)專業(yè)，都要開設(shè)這門課程，這門課程是電路、模擬電路、數(shù)字電路和電機(jī)電器4門課程的簡(jiǎn)化和濃縮，涉及面廣，而且難度較大。隨著近幾年高校的擴(kuò)招，河北科技師范學(xué)院學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)薄弱，而且有一部分是招收的對(duì)口升學(xué)的學(xué)生，高中階段沒有學(xué)過物理，這就給老師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了雙重困難。一般存在以下幾個(gè)問題：①由于課程體系和課程內(nèi)容相對(duì)陳舊，大多數(shù)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力不強(qiáng)，綜合素質(zhì)不高，適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的能力較差。

②先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件、硬件的開發(fā)和設(shè)計(jì)電路的EDA等還沒有引入教學(xué)。③教學(xué)方法仍然是被動(dòng)式的多，“滿堂灌”的多，考試方法不能和綜合的考核學(xué)生的能力。④對(duì)學(xué)生缺乏工程訓(xùn)練，實(shí)踐設(shè)備和方法落后。

這些問題的存在導(dǎo)致教學(xué)效果的不顯著。其最直接的體現(xiàn)就是學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)4年所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，幾乎所有機(jī)電類的設(shè)計(jì)離不開電工學(xué)知識(shí)，而大多數(shù)學(xué)生存在概念模糊，無系統(tǒng)理論知識(shí)，不會(huì)選配元器件等問題。同時(shí)通過畢業(yè)生就業(yè)后的反饋信息來看，學(xué)生雖然在校學(xué)過電工學(xué)課程，但他們不會(huì)接日光燈電路、不會(huì)換保險(xiǎn)絲、不會(huì)檢查簡(jiǎn)單的或民用的供電線路、不會(huì)檢查電動(dòng)機(jī)故障、看不懂生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制原理圖等，即理論與實(shí)踐脫節(jié)。

3建構(gòu)主義在電工電子教學(xué)中的具體應(yīng)用

從建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論四大要素“情境”、“協(xié)作”、“會(huì)話”和“意義建構(gòu)”入手，通過一些實(shí)例介紹建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論在具體教學(xué)中的應(yīng)用(圖1)。

3．1激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣幫助學(xué)生形成學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

興趣是提高知識(shí)建構(gòu)的催化劑。學(xué)生感興趣的是他周圍世界對(duì)電工電子技術(shù)的應(yīng)用及畢業(yè)后他是否能用于工作中，因此要求教師結(jié)合其專業(yè)特點(diǎn)積極撲捉，從實(shí)際生活和學(xué)生本身的專業(yè)發(fā)展來逐步滲透，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望。比如從機(jī)械類的數(shù)控技術(shù)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電噴技術(shù)、電動(dòng)汽車及智能建筑、環(huán)境保護(hù)設(shè)備的研發(fā)等新的應(yīng)用領(lǐng)域，又比如身邊的一些實(shí)例，如智力競(jìng)賽中的搶答器、樓道中的電燈延時(shí)開關(guān)、音響的功放器等。

3．2創(chuàng)設(shè)多樣化情境。實(shí)現(xiàn)情境教學(xué)

首先，應(yīng)選擇真實(shí)性的任務(wù)，避免學(xué)習(xí)那些脫離現(xiàn)實(shí)、過于抽象簡(jiǎn)化的內(nèi)容；其次，教師要設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)情境使之與現(xiàn)實(shí)問題相類似，以提高學(xué)生解決現(xiàn)實(shí)問題能力為目標(biāo)[2]。在電工電子教學(xué)中，根據(jù)每一部分內(nèi)容的實(shí)際情況創(chuàng)設(shè)多樣化情境有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的多種感官去探索和解決問題。創(chuàng)設(shè)不同側(cè)面、不同角度表征知識(shí)的多樣化情境將為學(xué)生的探索提供多種路徑，促進(jìn)知識(shí)的遷移。

．2．1選擇真實(shí)情境實(shí)例一：整流濾波穩(wěn)壓電路，以計(jì)算機(jī)上的指示燈或以VCD、DVD等指示燈所需電源為教學(xué)情境。實(shí)例二：三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造，通過拆開的實(shí)物進(jìn)行講解，通過觀察其外殼的銘牌完成對(duì)各個(gè)參數(shù)的理解。

3．2．2創(chuàng)設(shè)問題情境例如學(xué)生在做負(fù)反饋放大電路實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)量完基本放大電路的電壓增益后再連接負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)來驗(yàn)證接入負(fù)反饋會(huì)使電壓增益降低這一結(jié)論時(shí)，往往會(huì)由于反饋過深而出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。針對(duì)這一問題要求學(xué)生利用課余時(shí)間查找資料，找出原因和解決的辦法。然后可到實(shí)驗(yàn)室親自調(diào)試。結(jié)果效果非常好，加深了學(xué)生對(duì)反饋和振蕩的理解。

3．2．3創(chuàng)設(shè)直觀情境及虛擬情境例如積極運(yùn)用幻燈片、錄像、多媒體等先進(jìn)教學(xué)設(shè)施。而使用多媒體教學(xué)的較大感受就是運(yùn)用FLASH動(dòng)畫制作的內(nèi)容，它能將書本中較為抽象的理論轉(zhuǎn)化成動(dòng)畫的形式表現(xiàn)出來。而這抽象的知識(shí)是在黑板上難以實(shí)現(xiàn)的。這種動(dòng)畫制作直觀好看，提高了學(xué)生的興奮度，效果很好。又例如在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行一些開發(fā)性實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的局限性，可以通過虛擬仿真進(jìn)行。這一部分針對(duì)學(xué)有余力的同學(xué)。讓他們自學(xué)一些虛擬仿真軟件，比如Matlab、OrCADPspice、Protel等，一些學(xué)生的興趣相當(dāng)濃厚。

3．3營(yíng)造協(xié)作學(xué)習(xí)的環(huán)境。培養(yǎng)合作精神

在學(xué)習(xí)過程中要加強(qiáng)教師一學(xué)生、學(xué)生一學(xué)生之間的合作、溝通與討論，使學(xué)生獲得對(duì)同一事物更豐富、更的理解。例如學(xué)完集成運(yùn)算放大器后，將學(xué)生分成幾組，到電子市場(chǎng)上了解常用的集成運(yùn)算放大器的型號(hào)、價(jià)格及應(yīng)用。再根據(jù)各小組的報(bào)告，由教師指導(dǎo)，通過小組間相互補(bǔ)充學(xué)習(xí)，資源共享，達(dá)到建構(gòu)知識(shí)的最終目的。又比如在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)加強(qiáng)教師與學(xué)生之間的聯(lián)系，學(xué)生經(jīng)常發(fā)E-mail到教師的信箱，討論學(xué)習(xí)、生活等各方面的困惑。同時(shí)向同學(xué)征詢教學(xué)的意見及建議(書面形式)，并把有一定思想和獨(dú)到見解的內(nèi)容選出來，激發(fā)學(xué)生的表現(xiàn)欲望和參與欲望，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生對(duì)問題的獨(dú)立思考能力。

3．4引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)相關(guān)的知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。提高學(xué)習(xí)質(zhì)量

教學(xué)實(shí)踐表明，對(duì)某一主題知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的建構(gòu)，有助于學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)在的規(guī)律性，有助于對(duì)概念的多側(cè)面的理解，有助于抓住新舊知識(shí)的連接點(diǎn)，找出新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。例如：在學(xué)習(xí)完半導(dǎo)體二極管和三極管后，可以提出問題：你所知道的放大電路有哪些?你認(rèn)為放大電路應(yīng)由什么構(gòu)成?元器件你又根據(jù)什么選取?一個(gè)放大電路你要考慮哪些影響它的因素?要求學(xué)生用一周的時(shí)間查資料來完成并寫成書面報(bào)告。本部分告一段落后讓學(xué)生再寫一些心得體會(huì)并自己設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單放大電路。又比如：集成功率放大器的外圍電路，有很多電容元件，所選取的電容值各不相同，為什么這樣選取，它們具有的功能有何不同?將前后知識(shí)有機(jī)結(jié)合，完成對(duì)電容的理解與應(yīng)用。

4建構(gòu)主義對(duì)教師的要求

經(jīng)過一段時(shí)間的嘗試與實(shí)踐，感到該理論運(yùn)用于教學(xué)中對(duì)教師本身的素養(yǎng)提出了更高的要求。過去教師是一個(gè)單向控制的知識(shí)傳遞者，它只需對(duì)所授內(nèi)容精通，運(yùn)用的語言表達(dá)，最多再輔以一定的直觀教學(xué)，即可較好的完成教學(xué)任務(wù)。但現(xiàn)在作為意義建構(gòu)的合作者，教師不僅要精通所授內(nèi)容，還必須熟悉與建構(gòu)主義理論相配套的教學(xué)策略和方法【3]。比如，如何選擇符合教學(xué)內(nèi)容有貼近生活現(xiàn)實(shí)的真實(shí)性任務(wù)，如何設(shè)計(jì)具體的教學(xué)情境，如何在意義建構(gòu)過程中與學(xué)生共同探討和適時(shí)交流等等。

許多教師基本是從大學(xué)校門到大學(xué)校門，缺乏與實(shí)踐的結(jié)合。同時(shí)，河北科技師范學(xué)院教師機(jī)電類的橫向科研相對(duì)薄弱，紙上談兵居多。因此需要深入社會(huì)，了解電工電子技術(shù)在市場(chǎng)的應(yīng)用狀況，了解社會(huì)對(duì)電類人才的需要，了解畢業(yè)生的各種反饋信息，同時(shí)參加一些學(xué)術(shù)研討活動(dòng)，因此也需要學(xué)院在此方面予以重視。

電子學(xué)論文:電工電子學(xué)的教學(xué)改革研討

根據(jù)各專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求不同來制定不同的教學(xué)大綱。以建環(huán)專業(yè)為例，同學(xué)們以后要考取注冊(cè)公用設(shè)備工程師（暖通空調(diào)），那么我們就把執(zhí)業(yè)資格考試基礎(chǔ)考試大綱做為教學(xué)大綱的基本內(nèi)容。大綱如下：①電場(chǎng)與磁場(chǎng)：庫(kù)侖定律、高斯定理、環(huán)路定律、電磁感應(yīng)定律；②直流電路：電路基本元件、歐姆定律、基爾霍夫定律、疊加原理、戴維南定理；③正弦交流電路：正弦量三要素、有效值、復(fù)阻抗、單相和三相電路計(jì)算、功率及功率因數(shù)、串聯(lián)與并聯(lián)諧振、安全用電常識(shí)；④RC和RL電路暫態(tài)過程。三要素分析法：⑤變壓器與電動(dòng)機(jī)：變壓器的電壓、電流和阻抗變換、三相異步電動(dòng)機(jī)的使用、常用繼電———接觸器控制電路；⑥二級(jí)管及整流、濾波、穩(wěn)壓電路；⑦三級(jí)管及單管放大電路；⑧運(yùn)算放大器。理想運(yùn)放組成的比例，加、減和積分運(yùn)算電路；⑨門電路和觸發(fā)器。基本門電路RS、D、JK觸發(fā)器，同樣，對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)和網(wǎng)絡(luò)專業(yè)，根據(jù)以后的工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求不同，來量身定做不同的教學(xué)大綱，在此不一一列舉。

面向工程教育，形成一套行之有效的教學(xué)方法

1.面向工程教育，樹立正確的學(xué)習(xí)觀念。人類對(duì)工程的質(zhì)量和功能的要求是不斷改變的，知識(shí)是不停發(fā)展的。因此，知識(shí)的不斷更新是對(duì)工程從業(yè)人員的基本要求，要樹立終身學(xué)習(xí)觀念，才能跟得上時(shí)代的發(fā)展，滿足工程發(fā)展的要求。十幾年前的建筑功能單一，中小型建筑根本就沒有電梯、空調(diào)以及通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而現(xiàn)代建筑正朝著智能建筑、節(jié)能建筑、綠色環(huán)保建筑的方向發(fā)展。這就要求同學(xué)們?cè)诖髮W(xué)時(shí)代就要關(guān)注行業(yè)動(dòng)態(tài)，不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)。而計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的同學(xué)們更應(yīng)如此，因?yàn)檫@更是快速發(fā)展的行業(yè)。

2.面向工程教育，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。“興趣是好的老師”，“從事自己感興趣的職業(yè)是一個(gè)人一生較大的幸福”。這是我經(jīng)常給學(xué)生們說的話。要讓學(xué)生積極地學(xué)、高高興興地學(xué)，而不是只為了學(xué)分、為了畢業(yè)證學(xué)。在及時(shí)堂課上，就把本門課程和以后從事的職業(yè)聯(lián)系起來，從而讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到課程的重要性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。建環(huán)專業(yè)主要從事暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)、施工，就曾經(jīng)有部分同學(xué)認(rèn)為本門課程與專業(yè)關(guān)聯(lián)不大，那么要讓學(xué)生明白暖通空調(diào)設(shè)備的電源以及控制都離不開電工電子學(xué)的內(nèi)容，各專業(yè)之間要相互配合，特別是與電氣專業(yè)方面的配合。這樣學(xué)生對(duì)課程意義清楚了，學(xué)習(xí)興趣自然也就培養(yǎng)起來了，學(xué)生就會(huì)主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行有益的探索甚至創(chuàng)新。當(dāng)然，要做到這樣對(duì)教師要求較高，必須有相應(yīng)的專業(yè)背景，并且掌握近期的專業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)。

3.面向工程教育，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)的能力。學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，教學(xué)過程中要充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，必須克服滿堂灌的現(xiàn)象，教師在教學(xué)活動(dòng)中要進(jìn)行啟發(fā)、引導(dǎo)，要教給學(xué)生分析問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)以及解決問題的能力。必須采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)等先進(jìn)的教學(xué)手段。這樣至少有兩大好處：一是解決內(nèi)容多課時(shí)少的矛盾，提高教、學(xué)效率；二是讓學(xué)生學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)的能力，讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用先進(jìn)的工程軟件、網(wǎng)絡(luò)等。

4.面向工程教育，培養(yǎng)學(xué)生的工程規(guī)范意識(shí)。工程規(guī)范是設(shè)計(jì)師應(yīng)該遵守的法律。“科學(xué)家講理，工程師守法”，這個(gè)“法”就是工程規(guī)范。在學(xué)習(xí)的過程中，給學(xué)生灌輸一些工程規(guī)范的概念，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)用規(guī)范，為以后的工作樹立起正確的規(guī)范意識(shí)。

5.面向工程教育，用多種方式的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐鞏固理論。面向工程教育的核心是應(yīng)用，讓學(xué)生學(xué)到實(shí)用的知識(shí)是我們的目的。“從實(shí)踐中來，到實(shí)踐中去”是我們的認(rèn)知規(guī)律，也是我們要踐行的原則。從實(shí)踐中來，就要讓學(xué)生有多種多樣的實(shí)踐渠道。應(yīng)當(dāng)通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、第二課堂和工程參觀、實(shí)踐形成一個(gè)完整的訓(xùn)練體系。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是配合課堂教學(xué)所進(jìn)行的必要實(shí)驗(yàn)，是所有學(xué)生都必須經(jīng)過的實(shí)踐環(huán)節(jié)，是其他實(shí)踐活動(dòng)的基礎(chǔ)。第二課堂是對(duì)于那些對(duì)電比較感興趣的學(xué)生，可以讓他們結(jié)合專業(yè)知識(shí)，在教師的指導(dǎo)下，在實(shí)習(xí)中搞些小發(fā)明、小制作或參與開發(fā)控制系統(tǒng)和新產(chǎn)品，也可結(jié)合自己專業(yè)與電專業(yè)同學(xué)聯(lián)合參與“希望杯”“、挑戰(zhàn)杯”等活動(dòng)。工程實(shí)踐是結(jié)合專業(yè)利用假期等較長(zhǎng)空閑時(shí)間參與工程實(shí)習(xí)，使同學(xué)們對(duì)工程有更實(shí)際的認(rèn)知和動(dòng)手能力。

面向工程教育，形成完備的考試方法

在教學(xué)過程中可進(jìn)行一兩次測(cè)驗(yàn)，以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并且督促學(xué)生學(xué)習(xí)。而期末考試精選內(nèi)容，考試題中有1/3是基本題，1/3是較難的題，還有1/3是綜合應(yīng)用的題。實(shí)行教考分離，檢驗(yàn)教學(xué)效果。

本文探討了面向工程教育的電工電子學(xué)課程教學(xué)，論述了電工電子學(xué)課程面向工程教育的意義，通過對(duì)教學(xué)大綱、教學(xué)方法、考試內(nèi)容、考試方法等方面的教學(xué)探討，使學(xué)生能夠符合工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，符合社會(huì)對(duì)工程人才的要求，為學(xué)生的工程職業(yè)生涯打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。社會(huì)在發(fā)展，技術(shù)在進(jìn)步，工程要求不斷變化，工程教育專業(yè)認(rèn)證在國(guó)內(nèi)才剛剛開始，所以課程教學(xué)探討還有很長(zhǎng)的路要走。（本文作者：張傳洋 單位：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院）

電子學(xué)論文:上下聯(lián)動(dòng),助推中小學(xué)電子學(xué)籍管理行穩(wěn)致遠(yuǎn)

2013年8月，教育部印發(fā)《中小學(xué)生學(xué)籍管理辦法》，要求“學(xué)生學(xué)籍管理采用信息化方式，實(shí)行分級(jí)負(fù)責(zé)、省級(jí)統(tǒng)籌、屬地管理、學(xué)校實(shí)施的管理體制”。目前，我國(guó)已建成全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的中小學(xué)生學(xué)籍信息管理系統(tǒng)，標(biāo)志著中小學(xué)學(xué)籍管理工作邁入信息化時(shí)代。然而筆者通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前我國(guó)中小學(xué)學(xué)籍管理信息化工作與現(xiàn)實(shí)需求還存在差距，亟須改進(jìn)與突破。

一、現(xiàn)狀描述：學(xué)籍管理員專業(yè)化水平及工作保障機(jī)制亟待加強(qiáng)

筆者以廣東、四川、山西、西藏等22個(gè)省（自治區(qū)、直轄市）的中小學(xué)學(xué)籍管理員為調(diào)查對(duì)象，采用在線問卷調(diào)查的方式，通過隨機(jī)抽樣，共計(jì)發(fā)放調(diào)查問卷700份，回收有效問卷634份，有效率達(dá)90.57%；其中男性408人，占被調(diào)查人數(shù)的64.35%，女性226人，占被調(diào)查人數(shù)的35.65%。在內(nèi)容方面，問卷主要涉及以下問題：本人是否為專職管理員，參加電子學(xué)籍管理培訓(xùn)的次數(shù)，對(duì)電子學(xué)籍相關(guān)政策的了解程度，所在學(xué)校對(duì)于電子學(xué)籍管理是否有相關(guān)監(jiān)督激勵(lì)機(jī)制等。同時(shí)，筆者又采用深度訪談的方式。對(duì)來自不同省份的10名被訪者分別進(jìn)行了訪談。通過定量與定性相結(jié)合的研究方法。筆者基本摸清了當(dāng)前我國(guó)中小學(xué)學(xué)籍管理信息化的現(xiàn)狀與問題。

1.兼職學(xué)籍管理員人數(shù)過半，近八成認(rèn)為工作量大

在關(guān)于“您是否為專職學(xué)籍管理員”的問卷調(diào)查中，有377人回答“不是”（占被調(diào)查人數(shù)的59.46%）：有25了人回答“是”（占40.54%）。在被問及對(duì)工作量的看法時(shí)，有263人認(rèn)為工作量很大（占被調(diào)查人數(shù)的41.48%），有240人認(rèn)為工作量較大（占37.85%），有129人認(rèn)為工作量一般（占20.35%），僅有2人認(rèn)為工作量較小（占0.32%）。

2.不同地域?qū)W籍管理員信息技術(shù)水平存在差異

筆者通過對(duì)來自不同地區(qū)的學(xué)籍管理員進(jìn)行深度訪談，了解到不同地區(qū)的學(xué)籍管理員信息技術(shù)水平有高有低。例如：來自西藏某地的×老師說，“在學(xué)生學(xué)籍注冊(cè)這一環(huán)節(jié)，以前都是手寫完成，現(xiàn)在都需要通過Excel將學(xué)生信息導(dǎo)入學(xué)籍信息管理系統(tǒng)，但是我不會(huì)使用Excel。”來自湖北某地的Z老師說，“我快退休了，學(xué)校安排我負(fù)責(zé)學(xué)籍管理工作，但我對(duì)電腦操作一竅不通。”相比之下，發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)籍管理員信息技術(shù)水平普遍較高，如來自廣東深圳的L老師說，“我是計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)的碩士研究生，從專業(yè)角度來講，我覺得學(xué)籍信息管理系統(tǒng)在功能設(shè)計(jì)上還有待完善。”

3.學(xué)籍管理員政策認(rèn)知水平普遍待提高

通過將調(diào)查問卷中“作為學(xué)籍管理員，您工作了多久”和“您了解電子學(xué)籍管理的相關(guān)政策嗎”兩個(gè)問題的交叉分析可以得知：從事學(xué)籍管理工作三個(gè)月以下的學(xué)籍管理員不了解相關(guān)政策的占63.64%，從事學(xué)籍管理工作六個(gè)月到一年的學(xué)籍管理員不了解相關(guān)政策的占52.50%，從事學(xué)籍管理工作兩年以上的學(xué)籍管理員不了解相關(guān)政策的有18.53%。由此可見，隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng)，中小學(xué)學(xué)籍管理員對(duì)相關(guān)政策的了解程度相對(duì)較好，但絕大部分工作時(shí)間較短的人員對(duì)相關(guān)政策了解不夠。

4.工作保障機(jī)制普遍缺乏，超九成學(xué)校無激勵(lì)措施

在關(guān)于“學(xué)校電子學(xué)籍管理工作有無相關(guān)監(jiān)督問責(zé)機(jī)制”的調(diào)查中，有390人選擇“有”，占被調(diào)查人數(shù)的61.51%；有244人選擇“沒有”，占被調(diào)查人數(shù)的38.49%。在關(guān)于“學(xué)校電子學(xué)籍管理工作是否有相關(guān)激勵(lì)機(jī)制”的調(diào)查中，有581人選擇“沒有”（占91.64%）：僅有53人選擇“有”（占8.36%）。由此可見，中小學(xué)學(xué)籍管理信息化工作的相關(guān)監(jiān)督、激勵(lì)機(jī)制還有待完善，尤其是激勵(lì)機(jī)制存在嚴(yán)重缺失。

二、原因探析：認(rèn)識(shí)缺位、編制緊缺、專業(yè)建設(shè)不足

中小學(xué)學(xué)籍管理信息化工作之所以出現(xiàn)上述問題。歸納起來有以下幾方面原因。

1.相關(guān)部門認(rèn)識(shí)不足、培訓(xùn)缺位

據(jù)了解，部分教育行政部門或?qū)W校領(lǐng)導(dǎo)對(duì)學(xué)籍管理工作的認(rèn)識(shí)還停留在以前的紙質(zhì)化管理階段，未能深入了解學(xué)籍管理信息化的新形勢(shì)和新要求，因此才會(huì)選用信息技術(shù)水平不高的人員從事學(xué)籍管理工作，也未能及時(shí)建立健全相關(guān)保障機(jī)制。同時(shí)對(duì)學(xué)籍管理員的培訓(xùn)也不夠及時(shí)，尤其是新入職的學(xué)籍管理員，崗前培訓(xùn)不到位或者根本沒有接受過任何培訓(xùn)就直接上崗，導(dǎo)致其對(duì)政策把握不夠，對(duì)學(xué)籍信息管理系統(tǒng)操作不夠熟練。

2.人員編制緊缺、分工不明

一些學(xué)校由于人事編制的原因，不得不讓科任教師兼任學(xué)籍管理員，因此導(dǎo)致人員分工不明、工作量大的問題出現(xiàn)，類似問題在一些縣市（區(qū)）教育局也普遍存在。例如：A縣教育局學(xué)籍管理員曾談到，“我們單位工作人員年齡普遍較大，不太會(huì)用電腦，我對(duì)電腦稍微熟悉點(diǎn)，所以就負(fù)責(zé)電子學(xué)籍管理工作。但我也有自己的崗位職責(zé)，只有利用業(yè)余時(shí)間管理學(xué)籍，一遇到其他單位（如公安局、民政局等）要特定學(xué)生的數(shù)據(jù)，真的忙得暈頭轉(zhuǎn)向。”

3.學(xué)籍管理員欠缺主動(dòng)性、積極性

筆者在調(diào)研中了解到，一些學(xué)籍管理員自身對(duì)學(xué)籍管理工作的重要性也認(rèn)識(shí)不足，未能及時(shí)學(xué)習(xí)、領(lǐng)會(huì)相關(guān)文件精神，這也是造成學(xué)籍管理員政策水平偏低的主要原因。例如：A學(xué)校學(xué)籍管理員對(duì)學(xué)籍管理工作態(tài)度不夠積極主動(dòng)，曾說過：“領(lǐng)導(dǎo)不重視學(xué)籍管理工作，我重視了又有什么用，付出了又得不到回報(bào)。”

三、對(duì)策建議：轉(zhuǎn)變觀念，完善機(jī)制，加強(qiáng)培訓(xùn)

1.提高工作認(rèn)識(shí)，明確定崗定編

其一，教育行政部門及學(xué)校主管領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)提高對(duì)學(xué)籍管理工作的重視程度，并通過各種媒體進(jìn)行工作宣傳。如寧夏回族自治區(qū)教育廳利用寧夏教育門戶網(wǎng)開設(shè)了中小學(xué)學(xué)籍管理專欄以及“寧夏教育”微信平臺(tái)。及時(shí)通報(bào)相關(guān)政策和進(jìn)展情況。

其二，教育行政部門和學(xué)校應(yīng)結(jié)合實(shí)際，明確學(xué)籍管理人員的崗位職責(zé)，定崗定編，保障人員的穩(wěn)定，同時(shí)選擇經(jīng)驗(yàn)豐富、業(yè)務(wù)和技術(shù)水平高的人員承擔(dān)學(xué)籍管理工作。如河北省成立了全省學(xué)籍信息管理系統(tǒng)聯(lián)合工作組，由省教育廳廳長(zhǎng)擔(dān)任組長(zhǎng)，成員包括多部門負(fù)責(zé)同志和有關(guān)人員；學(xué)校也選派業(yè)務(wù)能力強(qiáng)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平較高的教師擔(dān)當(dāng)學(xué)籍管理員。

2.完善工作機(jī)制，強(qiáng)化激勵(lì)考核

其一。要建立合理的工作激勵(lì)機(jī)制。教育行政部門及學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)充分考慮學(xué)籍管理人員的利益訴求和發(fā)展需要，通過完善相關(guān)激勵(lì)機(jī)制調(diào)動(dòng)學(xué)籍管理T的工作積極性，使其產(chǎn)生歸屬感和認(rèn)同感。其二，要建立科學(xué)的考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)部門可借此加強(qiáng)對(duì)學(xué)籍管理員的工作監(jiān)督和檢查，發(fā)現(xiàn)其工作問題，提升其工作水平。例如：貴州省建立了中小學(xué)學(xué)籍信息管理系統(tǒng)量化考評(píng)制度、責(zé)任追究機(jī)制、巡查督辦機(jī)制等，同時(shí)省教育廳每年借助開學(xué)檢查、專項(xiàng)督導(dǎo)等手段不定期對(duì)各學(xué)校學(xué)籍管理情況進(jìn)行抽查。

3.加強(qiáng)培訓(xùn)交流，提升業(yè)務(wù)水平

教育行政部門及學(xué)校應(yīng)積極創(chuàng)造條件，通過多種形式對(duì)學(xué)籍管理員開展入職及在職培訓(xùn)。例如：重慶市教委定期開展學(xué)籍管理員隊(duì)伍的培訓(xùn)，并邀請(qǐng)專家進(jìn)行授課答疑，同時(shí)建立學(xué)籍管理員交流群，學(xué)員在群里學(xué)習(xí)有關(guān)政策文件，相互探討工作經(jīng)驗(yàn)，大大提高了自身的認(rèn)識(shí)及管理水平。

電子學(xué)論文:在醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程中的形成性評(píng)價(jià)現(xiàn)狀分析

摘 要：醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的教學(xué)評(píng)價(jià)是社會(huì)關(guān)注的熱門話題，終結(jié)性的評(píng)價(jià)方式無法真實(shí)反映學(xué)生的具體學(xué)習(xí)狀態(tài)，也無法與以能力培養(yǎng)為目的的醫(yī)學(xué)教育模式相契合。為此，要關(guān)注和重視醫(yī)學(xué)電子課程教學(xué)中的形成性評(píng)價(jià)，通過適當(dāng)?shù)脑\斷教育活動(dòng)和策略，分析醫(yī)學(xué)電子課程教學(xué)現(xiàn)狀中存在的問題，獲取醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程中的信息反饋，從而更好地提升醫(yī)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和終身學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué) 電子學(xué)課程 形成性評(píng)價(jià) 現(xiàn)狀

前言

我國(guó)的醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程教學(xué)要關(guān)注學(xué)生的自我學(xué)習(xí)和發(fā)展，依循以人為本的思想和理念，以提升醫(yī)學(xué)教學(xué)質(zhì)量為生命線，結(jié)合學(xué)校的具體校情，建構(gòu)具有醫(yī)學(xué)院校特色的教學(xué)質(zhì)量和監(jiān)控體系，轉(zhuǎn)變?cè)械慕K結(jié)性評(píng)價(jià)的方式，開展具有激勵(lì)和導(dǎo)向功能的形成性評(píng)價(jià)、發(fā)展性評(píng)價(jià)，通過教學(xué)反思，更好地促進(jìn)教師的專業(yè)成長(zhǎng)，關(guān)注醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程中的形成性評(píng)價(jià)現(xiàn)狀，分析其中存在的問題，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)實(shí)踐的改進(jìn)和完善。

一、形成性評(píng)價(jià)的核心理念分析

在我國(guó)教學(xué)改革深入實(shí)施的過程中，倡導(dǎo)學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)能力，注重素質(zhì)教育，這也是新的教學(xué)改革的方向和全新的教學(xué)思維理念。在醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的教學(xué)領(lǐng)域之中，要轉(zhuǎn)變終結(jié)性評(píng)價(jià)的方式，采用形成性評(píng)價(jià)，充分重視和關(guān)注評(píng)價(jià)的過程，教師和學(xué)生能夠在同一體系之中積極主動(dòng)地參與，通過評(píng)價(jià)信息的反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)活動(dòng)的調(diào)節(jié)和改善，以更好地提升醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的教學(xué)水平和質(zhì)量。在充分利用形成性評(píng)價(jià)的過程中，利用教學(xué)評(píng)價(jià)的結(jié)論提出對(duì)教學(xué)過程的診斷性意見和建議，使教學(xué)過程的評(píng)估體系不斷完善和優(yōu)化。

二、醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的教學(xué)評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀及其問題

醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程由質(zhì)量監(jiān)控科負(fù)責(zé)對(duì)課堂教學(xué)評(píng)價(jià)的管理事宜，擬定教學(xué)評(píng)價(jià)辦法并落實(shí)，可以采用學(xué)生評(píng)教、教師互評(píng)、教學(xué)督導(dǎo)評(píng)教等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的教學(xué)評(píng)價(jià)。對(duì)于教師的評(píng)價(jià)則主要涵括平時(shí)考勤、課堂提問和討論、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考評(píng)、基本技能操作測(cè)試及單元小測(cè)試考評(píng)、期末考試評(píng)價(jià)等。另外，學(xué)生的自評(píng)和互評(píng)主要涵括課前預(yù)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)等評(píng)價(jià)。然而，在醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的教學(xué)評(píng)價(jià)中還存在如下問題：

1.評(píng)價(jià)主體相對(duì)單一

醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程教學(xué)評(píng)價(jià)的主體是以學(xué)生評(píng)價(jià)為主、督導(dǎo)組專家評(píng)價(jià)為輔，并在學(xué)期結(jié)束的時(shí)間作為教學(xué)評(píng)價(jià)時(shí)間，并以評(píng)價(jià)量表的內(nèi)容作為評(píng)價(jià)打分的依據(jù)，這種教學(xué)評(píng)價(jià)方式相對(duì)單一。

2.教學(xué)評(píng)價(jià)的信度較低

在醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的教學(xué)評(píng)價(jià)之中，醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)主要是由教務(wù)處實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)及學(xué)生的評(píng)價(jià)，學(xué)生對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系內(nèi)容、目的并不清晰，處于被動(dòng)參與的地位和現(xiàn)象，這就使醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的教學(xué)評(píng)價(jià)的信度較低。

3.評(píng)價(jià)結(jié)果分析不當(dāng)

在醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程之中，教學(xué)評(píng)價(jià)的結(jié)果通常是作為教師教學(xué)獎(jiǎng)勵(lì)和分等的參考，并沒有充分體現(xiàn)出教師教學(xué)真實(shí)的質(zhì)量水平，這就使教師對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)結(jié)果分析產(chǎn)生認(rèn)同，無法形成教學(xué)的積極性和主動(dòng)性。

三、醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的形成性評(píng)價(jià)提升路徑分析

1.完善醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程形成性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

為了達(dá)到的醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程形成性評(píng)價(jià)效果，需要先完善醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的形成性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，要在專家、教師、學(xué)生主動(dòng)參與、集中討論的條件下，建構(gòu)醫(yī)學(xué)電子類課程的形成性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系架構(gòu)，進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的合理分級(jí)和分層，使形成性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有可行性和可操作性，形成《醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程形成性課堂教學(xué)評(píng)價(jià)表》、《醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程教師教學(xué)反思匯報(bào)表》，對(duì)教師進(jìn)行四個(gè)維度的教學(xué)評(píng)價(jià)，具體來說，一級(jí)指標(biāo)內(nèi)容為：職業(yè)素養(yǎng)、教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)過程、教學(xué)效果。二級(jí)指標(biāo)分別為：（1）職業(yè)素養(yǎng)的二級(jí)指標(biāo)包括教師儀表、教學(xué)紀(jì)律。（2）教學(xué)準(zhǔn)備的二級(jí)指標(biāo)包括制定教學(xué)計(jì)劃、準(zhǔn)備教學(xué)資料。（3）教學(xué)過程的二級(jí)指標(biāo)包括教學(xué)態(tài)度、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與方法、教學(xué)進(jìn)度、課堂氛圍、課后輔導(dǎo)、課程考試。（4）教學(xué)效果的二級(jí)指標(biāo)包括有學(xué)生理解度、學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)生創(chuàng)造性。同時(shí)，還要注重評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和保密性。

2.強(qiáng)化教師教學(xué)的激勵(lì)

醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程之中的形成性評(píng)價(jià)，并非以證明為最終目標(biāo)，而是以改進(jìn)和優(yōu)化為目標(biāo)，要通過醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程教學(xué)的形成性評(píng)價(jià)，強(qiáng)化對(duì)教師教學(xué)的激勵(lì)和導(dǎo)向，突顯出醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容的特性。并在因材施評(píng)的形成性評(píng)價(jià)過程中，可以根據(jù)學(xué)生具體情況的不同，進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)，教師要具有較強(qiáng)的觀察能力、分析能力及組織能力，根據(jù)不同層次學(xué)生的特點(diǎn)，進(jìn)行合理的知識(shí)性教學(xué)。

3.促進(jìn)教師的自我反思和提升

在醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的形成性評(píng)價(jià)之中，要強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)主體的多元化和教師、學(xué)生的主體性，采用自我分析或自我反思的方法，記載教學(xué)工作進(jìn)程，更好地促進(jìn)教師的自我反思和自我教學(xué)能力的提升。同時(shí)，還可以將電子學(xué)習(xí)檔案袋引入到對(duì)學(xué)生的形成性評(píng)價(jià)之中，將學(xué)生的作業(yè)資料、反饋資料、自評(píng)及互評(píng)資料、反思資料存入到電子學(xué)習(xí)檔案之中，得到全程、多方位的評(píng)價(jià)，更好地培養(yǎng)共同學(xué)習(xí)和研究的習(xí)慣。

4.實(shí)現(xiàn)多元化、多形式、分階段的形成性評(píng)價(jià)

在醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程的形成性評(píng)價(jià)過程中，還要對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、方法、實(shí)踐技能、創(chuàng)造性思維等進(jìn)行評(píng)價(jià)，要包涵多樣化的考核內(nèi)容，如：考勤、課堂提問、課堂測(cè)驗(yàn)、課外作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作等，較好地考察和檢測(cè)學(xué)生的階段性學(xué)習(xí)成果，更好地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、自主學(xué)習(xí)的能力，提升學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的團(tuán)隊(duì)協(xié)同精神和能力。

四、結(jié)束語

綜上所述，醫(yī)學(xué)電子學(xué)課程之中的形成性評(píng)價(jià)是一種新型的評(píng)價(jià)理念和方式，它是在多元主體積極參與的條件下實(shí)施的，對(duì)教師和學(xué)生的課程學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行合理、的評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)階段性、多元化的評(píng)價(jià)和考核，及時(shí)反饋，形成良性循環(huán)促進(jìn)師生之間的良性互動(dòng)和交流，激勵(lì)教師的專業(yè)成長(zhǎng)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

電子學(xué)論文:基于微電子學(xué)的無人機(jī)技術(shù)

摘 要隨著電子信息技g發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)已成為一種重要的信息技術(shù)手段，相較于有人機(jī)而言，無人機(jī)系統(tǒng)具有一定的“自主性”，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自主控制，強(qiáng)化系統(tǒng)的智能性，是無人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。本文就對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并展望無人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)的未來趨勢(shì)。本文研究了無人機(jī)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析六軸飛行器研究領(lǐng)域當(dāng)前的關(guān)鍵技術(shù)，包括無人機(jī)的研究與設(shè)計(jì)，并對(duì)無人機(jī)未來的發(fā)展進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】電子信息 無人機(jī) 六軸飛行器 研究與設(shè)計(jì)

1 前言

無人機(jī)首次出現(xiàn)在 1917 年，主要應(yīng)用于防空導(dǎo)彈打靶、軍事偵察、載彈遠(yuǎn)程打擊，尤其美國(guó)“全球鷹”、“捕食者”、“沙漠鷹”等型號(hào)的無人機(jī)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)和伊拉克戰(zhàn)中在偵察和主動(dòng)攻擊中所取得的良好軍事效果，使得世界各國(guó)首先在軍事上開始重視無人機(jī)的研制與開發(fā)。我國(guó)無人機(jī)發(fā)展起步于 20 世紀(jì) 50 年代末，20 世紀(jì) 90 年代末，發(fā)展才得以提速，國(guó)內(nèi)大學(xué)相繼成立了無人機(jī)專門研究機(jī)構(gòu)，西安愛生技術(shù)集團(tuán)公司（西安無人機(jī)研究發(fā)展中心）成為國(guó)內(nèi)一家主要的無人機(jī)研制生產(chǎn)廠商。它是航空工業(yè)總公司設(shè)在西北工業(yè)大學(xué)集科、工、貿(mào)一體化的現(xiàn)代化高科技企業(yè)，主要研制和生產(chǎn)系列化小型無人機(jī)系統(tǒng)，被國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心確認(rèn)并入選“中華之最（1949-1995）”，是我國(guó)較大的無人飛機(jī)科研生產(chǎn)基地。隨后，無人機(jī)的發(fā)展逐步擴(kuò)展到民用市場(chǎng)，而在測(cè)繪行業(yè)的應(yīng)用成為民用較大且發(fā)展較早的一個(gè)分支。中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院于 2003 年完成并通過國(guó)土資源部驗(yàn)收的“UAVRS-II 型低空無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制”項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)遙控、半自主、自主三種控制方式，利用獲取的影像制作了數(shù)字正射影像和線劃圖，開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)無人機(jī)應(yīng)用于測(cè)繪領(lǐng)域的先河。

目前國(guó)際上對(duì)多軸飛行器研究與設(shè)計(jì)較為深入，后期經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)及不斷地調(diào)整和改進(jìn)，合理的設(shè)計(jì)了六軸飛行器的整體結(jié)構(gòu)。六軸飛行器的支架通過3D打印而整體打印出成品模型，飛控板和電機(jī)都固定在打印出的架子上，將六個(gè)電機(jī)呈六邊形放置，使飛行器靈活并易于控制。電池利用扎帶固定在飛行器下方，以保障飛行器的重心偏下，增加飛行的靈活性。遙控器通過銅柱將兩個(gè)PCB板子連接起來，增加握持的手感，并且主要元件都放在兩塊PCB板中間，增加系統(tǒng)的安全性能前端引出無線通信模塊天線，增加傳輸?shù)墓β逝c距離。

2 調(diào)試問題

系統(tǒng)的軟件和硬件調(diào)節(jié)是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過程，而且在調(diào)試過程中會(huì)不斷遇到各種問題如電機(jī)壞掉、MOS管燒掉、連接突然斷掉甚至在飛行過程中飛行器直接從空中衰落導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。這些問題必須及時(shí)的解決，否則根本不能進(jìn)行下一步的工作。雖然在調(diào)試過程中問題不斷，但是整個(gè)制作過程累積的大量的寶貴的經(jīng)驗(yàn)，在飛行器終于能飛的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)自己的這些努力是值得的。下面列出調(diào)試過程中的遇到的主要問題。

2.1 電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)設(shè)置問題

動(dòng)力系統(tǒng)是多軸飛行器的核心系統(tǒng)，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的最終目的就是通過PWM波來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保障動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定是飛行器能運(yùn)動(dòng)的前提。在開始調(diào)試的時(shí)候，總出現(xiàn)電機(jī)不轉(zhuǎn)的問題，通過不斷的驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)是電路MOS管選擇錯(cuò)誤，最終選擇了P溝道增強(qiáng)型MOS管進(jìn)行對(duì)電機(jī)的控制。在飛行過程中總會(huì)出現(xiàn)MOS管燒毀的情況，還有NRF24L01總是失聯(lián)，最終發(fā)現(xiàn)是沒有焊接保護(hù)電容導(dǎo)致，還有數(shù)字地和模擬的地信號(hào)沒有分開。并且STM32的PWM控制需要較高的的頻率，當(dāng)頻率較低時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻的情況，最終選擇的電機(jī)頻率為20KHz，能夠保障系統(tǒng)流暢的運(yùn)行。

2.2 飛行器的重量問題

在開始設(shè)計(jì)時(shí)由于沒有考慮飛行的重量，導(dǎo)致飛行器根本飛不起來。之后更換飛行器支架，更換更大功率的電池，總體來說就是讓飛行器的重量更輕，讓飛行器電機(jī)的拉力更大。還有飛行器電機(jī)的垂直放置也是相當(dāng)重要，當(dāng)傾斜時(shí)，會(huì)有一部分的力是飛行器向某個(gè)方向飛行，并且這個(gè)力不容易抵消。

2.3 PID的參數(shù)整定問題

PID控制器直接控制的是飛行器的電機(jī)輸出，直接影響六個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制飛行器的飛行姿態(tài)。因此合理的PID參數(shù)可以使飛行器更加平穩(wěn)的飛行，所以說PID參數(shù)對(duì)飛行器的姿態(tài)確定至關(guān)重要。并且在飛行器的飛行過程中，可以通過PID的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)不同的飛行效果如翻滾動(dòng)作，以達(dá)到在各種控制環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。PID參數(shù)中，P、I、D三個(gè)參數(shù)作用各不相同，在實(shí)際中，其輸出的結(jié)果是相互影響的。為了保障飛行器的平穩(wěn)飛行，需要多次對(duì)PID三個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保障系統(tǒng)對(duì)飛行姿態(tài)的快速響應(yīng)以及在外界干擾到來時(shí)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.4 遙控器控制頻率問題

在剛開始遙控飛行時(shí)，遙控器對(duì)飛行器的控制總是慢0.2秒左右，導(dǎo)致遙控器不能實(shí)時(shí)的控制飛行器的姿態(tài)，出現(xiàn)一些意外的碰撞等狀況。調(diào)試遙控器的過程中發(fā)現(xiàn)，在主循環(huán)中加入了過多的程序，導(dǎo)致系統(tǒng)循環(huán)一次的時(shí)間過長(zhǎng)，系統(tǒng)響應(yīng)慢，傳輸數(shù)據(jù)的頻率過低，整個(gè)系統(tǒng)反應(yīng)過慢。解決辦法是增大遙控器的頻率，并減小主函數(shù)中循環(huán)的代碼量，留下最基本的代碼，保障整個(gè)系統(tǒng)的流暢運(yùn)行。

3 結(jié)論

六軸飛行器是一種較為新型的飛行器，目前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展迅速，在各個(gè)領(lǐng)域中都起到了重要的作用，并且將來會(huì)發(fā)展到更廣闊的空間。隨著技術(shù)上的發(fā)展，多軸飛行器會(huì)向微型化、自動(dòng)化方向發(fā)展，能夠更好的結(jié)合實(shí)際，發(fā)展到各個(gè)領(lǐng)域。本課題研究比較了許多國(guó)內(nèi)外的產(chǎn)品，并通過比較，結(jié)合其優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)其不足，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研發(fā)，最終完成了六軸給星期的設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)的發(fā)展，本文設(shè)計(jì)的六軸飛行器還可以得到更好的改進(jìn)，隨著時(shí)間的推移，會(huì)有更好的產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的面前。

電子學(xué)論文:細(xì)化核電子學(xué)實(shí)驗(yàn)考核

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、創(chuàng)造能力、實(shí)踐能力的重要途徑。科學(xué)合理、公正有效的考核和成績(jī)?cè)u(píng)定是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。近幾年筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式不斷進(jìn)行探索，通過細(xì)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程考核和質(zhì)量考核，提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的重視程度，促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手及創(chuàng)新能力的提升，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

0 引言

核類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)考核體系過去一直采用“最終成績(jī)=預(yù)習(xí)報(bào)告+實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的結(jié)構(gòu)，一方面，導(dǎo)致了部分學(xué)生學(xué)習(xí)能動(dòng)性不夠，實(shí)驗(yàn)中只看不做當(dāng)一個(gè)“觀察員”或者機(jī)械的當(dāng)“記錄員”，不動(dòng)腦和手[1-3]；另一方面，導(dǎo)致學(xué)生只重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告而不重視實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的提高，這樣削弱了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，不利于促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的提高[4，5]。舊的實(shí)驗(yàn)考核體系已無法反映學(xué)生學(xué)習(xí)的真實(shí)水平，在一定程度上阻礙了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

《核電子學(xué)實(shí)驗(yàn)》是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，既是理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)課程，又是課堂理論知識(shí)的繼續(xù)、補(bǔ)充和深化，可幫助學(xué)生鞏固加深和補(bǔ)充課堂所學(xué)理論課程的內(nèi)容。

為了使學(xué)生的成績(jī)能夠客觀公正地反映學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)和操作技能的掌握程度，真實(shí)有效地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，我們從細(xì)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程管控和質(zhì)量把控方面入手，采用平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)與期末實(shí)驗(yàn)操作考試成績(jī)相結(jié)合的辦法，最終成績(jī)比例為：平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)占總成績(jī)的70%，其中包括考勤、預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作技能以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告；實(shí)驗(yàn)操作考試成績(jī)占總成績(jī)的30%。

通過持續(xù)的細(xì)化量化考核，提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的重視程度，提升了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

1 平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定

1.1 考勤

學(xué)生若因某種原因不能按時(shí)上課，可以提前向任課實(shí)驗(yàn)教師請(qǐng)假，并選擇其它時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。考核包括：不遲到、不早退，遵守實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)規(guī)章制度，這部分考核成績(jī)占到平時(shí)成績(jī)的5%。

1.2 預(yù)習(xí)報(bào)告

為了讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課內(nèi)能更好地掌握并完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生須在課前預(yù)習(xí)并提交預(yù)習(xí)報(bào)告。預(yù)習(xí)報(bào)告包括熟悉儀器操作規(guī)程、理解實(shí)驗(yàn)原理、了解實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容、步驟及注意事項(xiàng)。

為了督促學(xué)生自覺地在實(shí)驗(yàn)前充分預(yù)習(xí)，提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果和質(zhì)量，教師在集中講解時(shí)采用提問的方式，并將學(xué)生回答問題的情況記錄下來作為考核成績(jī)的一部分。預(yù)習(xí)報(bào)告（占8%）成績(jī)與回答問題成績(jī)（占7%）占平時(shí)成績(jī)的15%。

1.3 實(shí)驗(yàn)操作

實(shí)驗(yàn)過程中主要從熟練程度、分析解決問題的能力、科學(xué)態(tài)度、習(xí)慣等方面進(jìn)行考察。教師及助教在巡視過程中及時(shí)對(duì)以上各方面情況作出評(píng)價(jià)，給出成績(jī)。實(shí)驗(yàn)操作這部分考核成績(jī)占平時(shí)成績(jī)的50%。

1.3.1 熟練程度考察

學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中，教師及助教來回巡視，并對(duì)學(xué)生的基本動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容理解能力、實(shí)驗(yàn)儀器的相互連接、儀器的使用是否正確、能否合理安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間等方面的情況作出評(píng)價(jià)，給出成績(jī)。

1.3.2 能力考察

對(duì)學(xué)生的觀察能力、分析問題和解決實(shí)際問題的能力進(jìn)行考核。

教師要求學(xué)生解答：

①實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)某一現(xiàn)象的原因；

②若某一條件的改變有可能出現(xiàn)的問題或現(xiàn)象；

③若實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論不相符，如何尋找原因、采用何種方法解決；

④實(shí)驗(yàn)誤差的來源等等。

這樣促進(jìn)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重程度，提高了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，提升了學(xué)生觀察、分析、解決問題的能力和改革創(chuàng)新能力，進(jìn)一步促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

1.3.3 實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度考察

實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生尊重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)記錄習(xí)慣的重要途徑。每次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)束后要求學(xué)生不要著急清理、關(guān)閉儀器，應(yīng)先與同組的同學(xué)一起將實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)、圖表給任課教師進(jìn)行檢查。任課教師認(rèn)真檢查每組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并適當(dāng)提出問題讓學(xué)生當(dāng)面回答，以便考查是否真正掌握。

電子學(xué)論文:當(dāng)前微電子學(xué)與集成電路解析

摘 要 微電子學(xué)屬于電子學(xué)的分支學(xué)科，以半導(dǎo)體為主要對(duì)象，形成微小型電路和系統(tǒng)等。而集成電路屬于微型電子器件，將各類元件通過合理的布線方式，成為一個(gè)具備完整電路功能的結(jié)構(gòu)。微電子學(xué)與集成電路直接關(guān)系到相關(guān)高新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。展開對(duì)微電子學(xué)與集成電路的分析，旨在明確微電子學(xué)與集成電路的基本情況，推動(dòng)微電子學(xué)與集成電路的有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】微電子學(xué) 集成電路 半導(dǎo)體

微電子學(xué)與集成電路是現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)，各類高新行業(yè)在具體發(fā)展中，均會(huì)對(duì)微電子學(xué)和集成電路進(jìn)行應(yīng)用。其中，集成電路選擇半導(dǎo)體鏡片作為基片，并結(jié)合相關(guān)工藝，將電阻、電容等元件與基片連接，最終形成一個(gè)具備完整電路功能的系統(tǒng)或是電路。較比集成電路微電子學(xué)是在集成電路的基礎(chǔ)上，研究半導(dǎo)體和集成電路的相關(guān)物理現(xiàn)象，并有效的對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，滿足各類電子器件需求的效果。基于此，本文對(duì)當(dāng)前微電子學(xué)與集成電路展開分析，具體內(nèi)容如下。

1 微電子學(xué)與集成電路解讀

微電子學(xué)是電子學(xué)的分支學(xué)科，主要致力于電子產(chǎn)品的微型化，達(dá)到提升電子產(chǎn)品應(yīng)用便利和應(yīng)用空間的目的。微電子學(xué)還屬于一門綜合性較強(qiáng)學(xué)科類型，具體的微電子研究中，會(huì)用到相關(guān)物理學(xué)、量子力學(xué)和材料工藝等知識(shí)。微電子學(xué)研究中，切實(shí)將集成電路納入到研究體系中。此外，微電子學(xué)還對(duì)集成電子器件和集成超導(dǎo)器件等展開研究和解讀。微電子學(xué)的發(fā)展目標(biāo)是低能耗、高性能和高集成度等特點(diǎn)。

集成電路是通過相關(guān)電子元件的組合，形成一個(gè)具備相關(guān)功能的電路或系，并可以將集成電路視為微電子學(xué)之一。集成電路在實(shí)際的應(yīng)用中具有體積小、成本低、能耗小等特點(diǎn)，滿足諸多高新技術(shù)的基本需求。而且，隨著集成電路的相關(guān)技術(shù)完善，集成電路逐漸成為人們生產(chǎn)生活中不可缺少的重要部分。

2 微電子發(fā)展?fàn)顟B(tài)與趨勢(shì)分析

2.1 發(fā)展與現(xiàn)狀

從晶體管的研發(fā)到微電子技術(shù)逐漸成熟經(jīng)歷漫長(zhǎng)的演變史，由晶體管的研發(fā)以組件為基礎(chǔ)的混合元件（鍺集成電路）半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOS電路微電子。這一發(fā)展過程中，電路涉及的內(nèi)容逐漸增多，電路的設(shè)計(jì)和過程也更加復(fù)雜，電路制造成本也逐漸增高，單純的人工設(shè)計(jì)逐漸不能滿足電路的發(fā)展需求，并朝向信息化、高集成和高性能的發(fā)展方向。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)對(duì)微電子的發(fā)展創(chuàng)造了良好的發(fā)展空間，目前國(guó)內(nèi)微電電子發(fā)展特點(diǎn)如下：

（1）微電子技術(shù)創(chuàng)新取得了具有突破性的進(jìn)展，且逐漸形成具有較大規(guī)模的集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)規(guī)模。對(duì)于集成電路的技術(shù)水平在0.8～1.5μm，部分尖端企業(yè)的技術(shù)水平可以達(dá)到0.13μm。

（2）微電子產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，隨著技術(shù)的革新產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸生成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，上下游關(guān)系處理完善。

（3）產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，更多企業(yè)參與到微電子學(xué)的研究和電路中，有效推動(dòng)了微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促使微電子技術(shù)得到了進(jìn)一步的完善和發(fā)展。

2.2 發(fā)展趨勢(shì)

微電子技術(shù)的發(fā)展中，將微電子技術(shù)與其他技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，可以衍生出更多新型電子器件，為推動(dòng)學(xué)科完善提供幫助。另外微電子技術(shù)與其他產(chǎn)業(yè)結(jié)合，可以極大的拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的增加。微電子芯片的發(fā)展遵循摩爾定律，其CAGR累計(jì)平均增長(zhǎng)可以達(dá)到每年58%。

在未來一段時(shí)間內(nèi)，微電子技術(shù)將按照提升集團(tuán)系統(tǒng)的性能和性價(jià)比，如下為當(dāng)前微電子的發(fā)展方向。

2.2.1 硅基互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）

CMOS電路將成為微電子的主流工藝，主要是借助MOS技術(shù)，完成對(duì)溝道程度的縮小，達(dá)到提升電路的集成度和速度的效果。運(yùn)用CMOS電路，改善芯片的信號(hào)延遲、提升電路的穩(wěn)定性，再改善電路生產(chǎn)成本，從而使得整個(gè)系統(tǒng)得到提升，具有極高研究和應(yīng)用價(jià)值。可以將CMOS電路將成為未來一段時(shí)間的主要研究對(duì)象，且不斷對(duì)CMOS電路進(jìn)行縮小和優(yōu)化，滿足更多設(shè)備的需求。

2.2.2 集成電路是當(dāng)前微電子技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)

微電子芯片是建立在的集成電路的基礎(chǔ)上，所以微電子學(xué)的研究中，要重視對(duì)集成電路研究和分析。為了迎合信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于集成電路暴露出的延時(shí)、性等因素，需要及時(shí)的進(jìn)行處理。在未來一段時(shí)間內(nèi)對(duì)于集成電路的研究和轉(zhuǎn)變勢(shì)在必行。

2.2.3 微電子技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合

借助微電子技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合，可以衍生出諸多新型技術(shù)類型。當(dāng)前與微電子技術(shù)結(jié)合的技術(shù)實(shí)例較多，積極為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。例如：微光機(jī)電系統(tǒng)和DNA生物芯片，微光機(jī)電系統(tǒng)是將微電子技術(shù)與光學(xué)理論、機(jī)械技術(shù)等結(jié)合，可以發(fā)揮三者的綜合性能，可以實(shí)現(xiàn)光開關(guān)、掃描和成像等功能。DNA生物芯片是將微電子技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合，能有效完成對(duì)DNA、RNA和蛋白質(zhì)等的高通量快速分析。借助微電子技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合衍生的新技術(shù)，能夠更為有效推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

3 微電子技術(shù)的應(yīng)用解讀

微電子學(xué)與集成電路的研究不斷深入，微電子技術(shù)逐漸的應(yīng)用到人們的日常生活中，對(duì)于改變?nèi)藗兊纳钇焚|(zhì)具有積極的作用。且微電子技術(shù)逐漸成為一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)水平和綜合國(guó)力的指標(biāo)。

在實(shí)際的微電子技術(shù)應(yīng)用中，借助微電子技術(shù)和微加工技術(shù)可以完成對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)的構(gòu)建，在完成信息采集、處理、傳遞等功能的基礎(chǔ)上，還可以自主或是被動(dòng)的執(zhí)行相關(guān)操作，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于DNA生物芯片可以用于生物學(xué)研究和相關(guān)醫(yī)療中，效果顯著，對(duì)改善人類生活具有積極的作用和意義。

4 結(jié)束語

微電子學(xué)與集成電路均為信息技術(shù)的基礎(chǔ)，其中微電子學(xué)中囊括集成電路。在對(duì)微電子學(xué)和集成電路的解析中，需要對(duì)集成電路和微電子技術(shù)展開綜合解讀，分析微電子技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，再結(jié)合具體情況對(duì)微電子技術(shù)的當(dāng)前應(yīng)用展開解讀，為微電子學(xué)與集成電路的創(chuàng)新和完善提供參考，進(jìn)而推動(dòng)微電子技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造更大的產(chǎn)值，實(shí)現(xiàn)國(guó)家的持續(xù)健康發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介

胥亦實(shí)（1994-），男，陜西省榆林市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)供職于吉林大學(xué)。主要研究方向?yàn)榧呻娐饭こ獭?

作者單位

吉林大學(xué) 吉林省L春市 130000

電子學(xué)論文:硅基光電子學(xué)與光電子器件應(yīng)用

摘 要：本文介紹了光子晶體的概念，回顧了硅基光子學(xué)的發(fā)展歷史，分析了其發(fā)展現(xiàn)狀和面臨問題。光電子器件以光子代替電子傳遞菲涅爾理論在《光電子學(xué)與光電器件實(shí)驗(yàn)》課中的應(yīng)用 石墨烯光電子學(xué) 光電子器件設(shè)計(jì)\制模和模擬 光電子器件領(lǐng)域投資正當(dāng)時(shí) 光電子器件行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析 研討式教學(xué)方法在《光電子學(xué)》課程中的應(yīng)用 自由空間光通信中光電子器件的現(xiàn)狀分析 《光電子器件》雙語課程中創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的方法探究 光電子學(xué)課程設(shè)計(jì)教學(xué)的探索與實(shí)踐 異質(zhì)兼容集成半導(dǎo)體光電子器件與集成基元功能微結(jié)構(gòu)體系 光電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 光電子學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革初探 硅光電子:IT產(chǎn)業(yè)新曙光 光電子技術(shù)教改探索 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的光電子材料與器件課程教學(xué)方法研究 科技部：“低成本光纖接入網(wǎng)關(guān)鍵光電子器件及裝備研制”項(xiàng)目順利通過驗(yàn)收 探討光電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)光電子實(shí)驗(yàn)室建設(shè) 光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)研究 2012年亞洲光電子會(huì)議在京舉辦 常見問題解答 當(dāng)前所在位置：中國(guó)論文網(wǎng) > 科技 > 硅基光電子學(xué)與光電子器件應(yīng)用 硅基光電子學(xué)與光電子器件應(yīng)用 雜志之家、寫作服務(wù)和雜志訂閱支持對(duì)公帳戶付款！安全又！ document.write("作者： 王嘉翊")

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摘 要：本文介紹了光子晶體的概念，回顧了硅基光子學(xué)的發(fā)展歷史，分析了其發(fā)展現(xiàn)狀和面臨問題。光電子器件以光子代替電子傳遞信息，因?yàn)楣庾拥妮斶\(yùn)特性便具有熱損小、功率損失低、占用體積小、傳遞信息速率高的特點(diǎn)，因而受到人們的廣泛關(guān)注。要實(shí)現(xiàn)“全光子化”傳遞信息需要實(shí)現(xiàn)集成光回路。本文分析了用硅基光子器件集成光回路的可能性以及目前存在技術(shù)難點(diǎn)本文對(duì)展望了硅基光子學(xué)和光電子器件的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：光子晶體；硅基光電子學(xué)；集成光回路

1 光子晶體

光子在傳播時(shí)，遇到周期排布的介電常數(shù)材料，將會(huì)產(chǎn)生布拉格散射，因而會(huì)產(chǎn)生光子能帶與帶隙，使光子晶體具有光半導(dǎo)體的性質(zhì)[1-2]。目前來說，我們主要靠對(duì)于缺陷的引入來實(shí)現(xiàn)對(duì)光子的局域化控制。缺陷有兩種基本形式：線缺陷和點(diǎn)缺陷。當(dāng)引入線缺陷時(shí)，對(duì)于處在光子晶體禁帶能量的光子，它不能逃逸進(jìn)入周圍的光子晶體當(dāng)中，因而只能沿著線缺陷的確定路徑傳播。光子晶體波導(dǎo)對(duì)于光的傳輸性能強(qiáng)過傳統(tǒng)的波導(dǎo)物質(zhì)，例如光纖。光纖依靠全反射作用來實(shí)現(xiàn)光的傳輸，但在較大轉(zhuǎn)彎角處由于不再滿足全反射條件而會(huì)有光子逃逸。在微納尺度上使用光子晶體波導(dǎo)的傳輸效率更高。光子晶體憑借它的特點(diǎn)，被廣泛研究。例如一些應(yīng)用于各個(gè)不同的光頻段，有的看重更低的損耗、小限制的傳播窗口，還有一些則具有特殊用途（減緩光速）。

自從光子晶體的概念被提出以來，它就和它的蘊(yùn)含的巨大應(yīng)用價(jià)值聯(lián)系在一起。[3]它那特有光子帶隙能夠抑制物質(zhì)的自發(fā)輻射，而這可以用于制作全反射鏡。另外，我們?cè)谄渲幸肴毕荩梢灾瞥扇毕菽＃毕菽？梢杂弥谱魑⑶弧⒉▽?dǎo)、光開關(guān)、甚至人們熟知的激光器和探測(cè)器等等。總之，集成光電子學(xué)是光子晶體主要的活躍范圍，但是同時(shí)光子晶體在其他各個(gè)方面也有著重要的應(yīng)用價(jià)值，它可以提高現(xiàn)今不斷走進(jìn)我們?nèi)粘Ｉ畹陌l(fā)光二極管的工作效率。

2 硅基光電子學(xué)

由于硅基半導(dǎo)體集成電路在生產(chǎn)規(guī)模和成本方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)， 所以現(xiàn)階段人們嘗試用硅作為制作納米級(jí)電子器件的主要材料，來縮減在Ⅲ-Ⅴ族元素中尋找材料制作具有相同目的的微納光電子器件的成本，現(xiàn)階段人們憑借已知的硅在1.3～1.5μm通信波段具有的低功耗的優(yōu)勢(shì)，并以此為基礎(chǔ)，已經(jīng)成功生產(chǎn)出大量的硅基微納光電子器件，就比如說此類的耦合器、光波導(dǎo)器件等。雖然說現(xiàn)階段硅基微納光電子器件已經(jīng)具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)，但為了它在具體應(yīng)用的過程中保障夠達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用效果，我們需要對(duì)其部分性能進(jìn)行有效的優(yōu)化。只要硅基微納光電子器件在性能方面能夠不斷地優(yōu)化、我們的技術(shù)能夠不斷完善，它的應(yīng)用空間就會(huì)得到擴(kuò)展。

在對(duì)硅光晶體的研究中，我們已經(jīng)看到：在硅基材料中引入光子晶體可以明顯的提高它的發(fā)光效率。憑借這我們可以預(yù)見：隨著新型硅基高效發(fā)光材料研究的不斷深入，新型制備技術(shù)如電注入泵浦方法的突破和光子晶體物理性質(zhì)研究的深入，以及對(duì)于高效硅基材料的發(fā)光特性使用光子晶體的局域光效應(yīng)加以控制，就很有可能提高硅基材料的l光增益，以此實(shí)現(xiàn)擁有低閾值的硅基激光器制備，進(jìn)而可以在微電子芯片中利用光子替代電子作為載體來實(shí)現(xiàn)光耦合互聯(lián)，消除電子傳播發(fā)熱的劣勢(shì)，這樣就可以突破電子瓶頸效應(yīng)。[4]

3 集成光回路

和普通的信息處理相似，信息處理“全光子化”，就是指利用光來進(jìn)行信息傳遞。它的概念包涵了光信號(hào)的發(fā)出、它的調(diào)節(jié)、對(duì)光信號(hào)的接收、對(duì)于信號(hào)的處理、信號(hào)的返回的整個(gè)過程。作為光信號(hào)的來源的有源發(fā)光器以光子晶體為基礎(chǔ)，光信號(hào)又受到光子晶體制成的光開關(guān)調(diào)節(jié)和制約。光子晶體波導(dǎo)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)于信號(hào)的傳輸與分流的作用，根據(jù)第二節(jié)提到線缺陷波導(dǎo)的傳輸優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率低損耗，每個(gè)分路又要經(jīng)波分復(fù)用器件下載，各個(gè)分路中的光信號(hào)在各自受到新的調(diào)制后，重新匯聚到干路， 回到接收裝置。因?yàn)槊恳徊糠值母鱾€(gè)部件在所用材料與大小上近乎一致，我們知道，傳統(tǒng)光學(xué)器件的大小在厘米尺寸，微小的加工誤差都會(huì)導(dǎo)致其工作頻率的較大改變，因而產(chǎn)生光模式不匹配的問題，都會(huì)有較大的功率損耗，微型化的光子器件能避免這一問題。同時(shí)相同材質(zhì)大小統(tǒng)一也方便光路一體化的實(shí)現(xiàn)。再加之與日益成熟的制備技術(shù)相適應(yīng)，將會(huì)為全光路信息傳遞集成化鋪就道路。

4 問題分析與展望

二十多年過去了，經(jīng)過這些年的發(fā)展，光子晶體理論已經(jīng)不斷發(fā)展完善，我們也已經(jīng)在其原理、設(shè)計(jì)取得了不斷進(jìn)步。二維光子晶體的制備相對(duì)容易，已有諸如反應(yīng)離子刻蝕和深紫外曝光等成熟技術(shù)。相對(duì)來說，對(duì)于集成光路更重要的三維光子晶體制備技術(shù)目前還不成熟，已有一些方法但還不能大規(guī)模集成化應(yīng)用，因此是關(guān)鍵發(fā)展方向。但是現(xiàn)有制備技術(shù)還是不，仍然有許多難題、核心關(guān)鍵有待克服。例如，二維晶體中的誤差控制，由于我們使用的光子頻率都在納米量級(jí)，晶體中幾何上的微小誤差都會(huì)導(dǎo)致對(duì)調(diào)制頻率的影響，進(jìn)而影響發(fā)射接收以及模式匹配。而我們需要將制備技術(shù)的精度提升到亞納米量級(jí)，才可以制備出高Q值的微腔，我們需要這樣一個(gè)可行的、簡(jiǎn)便的方法。隨著光子晶體各種特殊現(xiàn)象、性質(zhì)在被不斷發(fā)現(xiàn)，一些新的研究方向隨之提出，或許一些新的性質(zhì)會(huì)隨著人們對(duì)于光子晶體的不斷發(fā)掘而被發(fā)現(xiàn)。

在硅基有源器件方面：我們?nèi)詫?duì)于滿足電泵浦、通信波段、產(chǎn)品化的硅基光源探尋不深，其中就包括擁有低閾值特性的III-V鍵合光源，十分穩(wěn)定的、使用低電壓驅(qū)動(dòng)的鍺激光器，還有以Er離子為基礎(chǔ)的電泵硅激光器；我們?nèi)孕柙谡{(diào)制器上努力以滿足需求。鍺探測(cè)器的暗電流制約其發(fā)展，為能夠大規(guī)模量產(chǎn)，需新技術(shù)降低暗電流。

在硅基無源器件方面：?jiǎn)栴}之一就是硅基波導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)低損耗需要特殊工藝處理，因而無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電路集成；其二為實(shí)現(xiàn)光柵的高耦合效率需要增加反射層，使得工藝更為復(fù)雜；這些器件的加工工藝急需簡(jiǎn)化，使其能用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制備。在硅基光電集成方面：怎樣將光纖和波導(dǎo)高效耦合是一個(gè)難題；因?yàn)楣杌怆娮悠骷亩鄻有裕孕枰癁榻y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。另外加工平臺(tái)成本較高。此外，硅的高熱光系數(shù)使得其光學(xué)性能受溫度影響，這一點(diǎn)是器件設(shè)計(jì)上的難題。封裝也不容忽視。因此，為了硅基光電子集成投入量產(chǎn)，我們需要在材料、工藝、設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行研究。

展望未來它將幫助我們實(shí)現(xiàn)高速、低能耗的探測(cè)器設(shè)計(jì)；擁有低損耗的硅基激光器；十分高效的硅基光電子集成；高計(jì)算速率的光電接口；大能夠投入量產(chǎn)的大規(guī)模集成設(shè)備。

5 結(jié)語

在科學(xué)研究興盛的當(dāng)下，人們對(duì)于生產(chǎn)生活的需要往往能帶動(dòng)一種新的科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，沒有人們需求的推動(dòng)新的學(xué)說只是空想。新興生產(chǎn)技術(shù)的完善與發(fā)展也是需要科研工作者們堅(jiān)持不懈的探索與嘗試。光子晶體獨(dú)特的性質(zhì)備受關(guān)注，全世界的科研人員都對(duì)它抱有濃厚興趣，最初的概念現(xiàn)今已經(jīng)拿出了實(shí)體成果，我們可以看出對(duì)于它的研究人們走過的路程。在光子晶體的實(shí)用方面，我們以降低制作難度，減小制作成本，降低不確定性與不穩(wěn)定性為目標(biāo)，這也是為實(shí)現(xiàn)光學(xué)集成所必須做出的雖然這里仍有許多難題等待突破，但是我們?nèi)栽跒橹畩^斗。