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    太牛了,这么详细的电学电路设计知识:电阻、电容、电感、二极管、三极管、mos管!

    作者:
    发表于:2019-11-02
    阅读:1969
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      电阻

      1概念
    电阻元件的电阻值大小一般与温度,材料,长度,还有横截面积有关,衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数,其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。

      导体的电阻通常用字母R表示,电阻的单位是欧姆(ohm),简称欧,符号是Ω(希腊字母,读作Omega),1Ω=1V/A。比较大的单位有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ)(兆=百万,即100万)。

      1TΩ=1000GΩ;1GΩ=1000MΩ;1MΩ=1000KΩ;1KΩ=1000Ω(也就是一千进率)

      串联: R=R1+R2+...+Rn定义式:R=U/I

      电阻元件的电阻值大小一般与温度有关,还与导体长度、横截面积、材料有关。衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数,其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。多数(金属)的电阻随温度的升高而升高,一些半导体却相反。

      如:玻璃,碳在温度一定的情况下,有公式R=ρl/s其中的ρ就是电阻率,l为材料的长度,单位为m,s为面积,单位为平方米。可以看出,材料的电阻大小正比于材料的长度,而反比于其面积。

      2电阻应用

      电阻通常分为三大类:固定电阻,可变电阻,特种电阻。

      RX型线绕电阻,近年来还广泛应用的片状电阻。

      按照功率可以分为小功率电阻和大功率电阻。大功率电阻通常是金属电阻,实际上应该是在金属外面加一个金属(铝材料)散热器,所以可以有10W以上的功率;在电子配套市场上专门卖电阻的市场上可以很容易地看到。

      电阻在电路中起到限流、分压等作用。通常1/8W电阻已经完全可以满足使用。但是,在作为7段LED中,要考虑到LED的压降和供电电压之差,再考虑LED的最大电流,通常是20mA(超高亮度的LED),如果是2×6(2排6个串联),则电流是40mA。

      电位器又分单圈和多圈电位器。单圈的电位器通常为灰白色,面上有一个十字可调的旋纽,出厂前放在一个固定的位置上,不在2头;多圈电位器通常为蓝色,调节的旋纽为一字,一字小改锥可调;多圈电位器又分成顶调和侧调2种,主要是电路板调试起来方便。

      排电阻 ,光敏电阻 ,使用光敏电阻可以检测光强的变化。

      电阻的封装有表面贴和轴向的封装。轴向封装有:axial0.4、axial0.6、axial0.8等等;axial在英语中就是轴的意思;表面贴电阻的封装最常用的就是0805;当然还有更大的;但是更大的电阻不是很常用的。

      电阻作为限流应该是最常用的应用之一,对于单片机外围设计来说,电阻的应用非常重要,在很多时候,我们必须在单片机的I/O端口上连接一个限流电阻,保证外围电路不会应用短路、过载等原因烧坏单片机的I/O端口,甚至整个单片机。

      面对这些问题,恐怕很多人都是知其然不知其所以然,完全凭靠经验获取,并没有完全按照电路的要求计算取值。为此,在这里提出这些问题,并不想教大家怎么去计算这些值,知道欧姆定律的人都应该知道该怎么计算吧,所以,只是希望大家在选择之前,先了解单片机的这些参数,然后,根据参数进行计算。在计算时一定要留一定的预留空间。

      在看一些元器件的DATASHEET文件时,经常会碰到元器件的参数,IOL,IOH,IIL,IIH,我也知道他们指的是输入输出高低电平时的最大最小电流,但在连接时他们之间的匹配问题一直很模糊,如:IOL=1.5MA; IOH=-300UAIIL=-100UA; IIH=10UA;

      参考答案:

      IOL和IOH表示输出为低、高电平时的电流值,同样-号表示从器件流出的电流。4上下拉电阻

      上拉是对器件输入电流,下拉是输出电流;强弱只是上拉电阻的阻值不同,没有什么严格区分;对于非集电极(或漏极)开路输出型电路(如普通门电路)提升电流和电压的能力是有限的,上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。

      ►►3 为增强输出引脚的驱动能力,有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。

      ►►5 芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平,从而提高芯片输入信号的噪声容限,增强抗干扰能力。

      ►►7 长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰,加上、下拉电阻是电阻匹配,有效的抑制反射波干扰。

      就是从电源高电平引出的电阻接到输出端

      ►►2 如果输出电流比较大,输出的电平就会降低(电路中已经有了一个上拉电阻,但是电阻太大,压降太高),就可以用上拉电阻提供电流分量, 把电平“拉高”。(就是并一个电阻在IC内部的上拉电阻上,这时总电阻减小,总电流增大)。当然管子按需要工作在线性范围的上拉电阻不能太小。当然也会用这个方式来实现门电路电平的匹配。

      一般作单键触发使用时,如果IC本身没有内接电阻,为了使单键维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态,必须在IC外部另接一电阻。

      一般说的是I/O端口,有的可以设置,有的不可以设置,有的是内置,有的是需要外接,I/O端口的输出类似于一个三极管的C,当C接通过一个电阻和电源连接在一起的时候,该电阻成为上拉电阻,也就是说,该端口正常时为高电平;C通过一个电阻和地连接在一起的时候,该电阻称为下拉电阻。

      5典型应用

      在外设没有收到控制时,我们需要把某一外设或单片机I/O端口固定在某一固定电平上时,需要根据需要接上下拉电阻,例如:上图中,对于按键输入来说,在没有按下按键时,如果没有上拉电阻的存在,单片机端口将处于悬乎状态,没有确定电平,当然如果有内部上拉电阻的单片机除外,加上上拉电阻会,在没有按键时,单片机端口保持高电平,有按键时,单片机端口将输入低电平。

      而对于蜂鸣器来说,由于和按键有同样的效果,不加上拉电阻,无法区别在没有单片机控制时,三极管的工作状态,所以,必须加上上拉电阻以保障无单片机控制时,三极管截止,蜂鸣器不工作。

      有时候由于器件自身设计的原因,如果不接外部上下拉电阻,设备无法正常实现高低电平的转换。例如,对于开漏输出的I2C总线来说,如果不接上拉电阻,其只能输出低电平,无法实现高电平输出,加上上拉电阻,保证在没有控制信号时,通过上拉电阻实现高电平。

      电容

      1概念
    电容(或称电容量)是表现电容器容纳电荷本领的物理量。

      电容从物理学上讲,它是一种静态电荷存储介质,可能电荷会永久存在,这是它的特征,它的用途较广,它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。

      电容的符号是C。在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F,由于法拉这个单位太大,所以常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)等,换算关系是:

      1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。1伏安时=1瓦时=3600焦耳

      一个电容器,如果带1库的电量时两级间的电势差是1伏,这个电容器的电容就是1法,即:C=Q/U 但电容的大小不是由Q(带电量)或U(电压)决定的,即:C=εS/4πkd 。其中,ε是一个常数,S为电容极板的正对面积,d为电容极板的距离,k则是静电力常量。常见的平行板电容器,电容为C=εS/d(ε为极板间介质的介电常数,S为极板面积,d为极板间的距离)。

     
    定义式:C=Q/U多电容器并联计算公式:C=C1+C2+C3+…+Cn三电容器串联:C=(C1*C2*C3)/(C1*C2+C2*C3+C1*C3)

      2电容的应用

      ►►1 按照结构分三大类:固定电容器、可变电容器和微调电容器;►►3 按用途分有:高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器;►►5 低频旁路:纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器;►►7 调谐:陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器;►►9 低耦合:纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器;

      电容作用

      耦合电容:用在耦合电路中的电容称为耦合电容,在阻容耦合放大器和其他电容耦合电路中大量使用这种电容电路,起隔直流通交流作用。

      退耦电容:用在退耦电路中的电容器称为退耦电容,在多级放大器的直流电压供给电路中使用这种电容电路,退耦电容消除每级放大器之间的有害低频交连。

      谐振电容:用在LC谐振电路中的电容器称为谐振电容,LC并联和串联谐振电路中都需这种电容电路。

      中和电容:用在中和电路中的电容器称为中和电容。在收音机高频和中频放大器,电视机高频放大器中,采用这种中和电容电路,以消除自激。

      积分电容:用在积分电路中的电容器称为积分电容。在电势场扫描的同步分离电路中,采用这种积分电容电路,可以从场复合同步信号中取出场同步信号。

      补偿电容:用在补偿电路中的电容器称为补偿电容,在卡座的低音补偿电路中,使用这种低频补偿电容电路,以提升放音信号中的低频信号,此外,还有高频补偿电容电路。

      分频电容:在分频电路中的电容器称为分频电容,在音箱的扬声器分频电路中,使用分频电容电路,以使高频扬声器工作在高频段,中频扬声器工作在中频段,低频扬声器工作在低频段。

      调谐电容:连接在谐振电路的振荡线圈两端,起到选择振荡频率的作用。

      中和电容:并接在三极管放大器的基极与发射极之间,构成负反馈网络,以抑制三极管极间电容造成的自激振荡。

      定时电容:在RC时间常数电路中与电阻R串联,共同决定充放电时间长短的电容。

      缩短电容:在UHF高频头电路中,为了缩短振荡电感器长度而串联的电容。

      锡拉电容:在电容三点式振荡电路中,与电感振荡线圈两端并联的电容,起到消除晶体管结电容的影响,使振荡器在高频端容易起振。

      预加重电容:为了避免音频调制信号在处理过程中造成对分频量衰减和丢失,而设置的RC高频分量提升网络电容。

      移相电容:用于改变交流信号相位的电容。

      降压限流电容:串联在交流回路中,利用电容对交流电的容抗特性,对交流电进行限流,从而构成分压电路。

      S校正电容:串接在偏转线圈回路中,用于校正显像管边缘的延伸线性失真。

      消亮点电容:设置在视放电路中,用于关机时消除显像管上残余亮点的电容。

      启动电容:串接在单相电动机的副绕组上,为电动机提供启动移相交流电压,在电动机正常运转后与副绕组断开。

      3去耦电容

      电容的阻抗为1/(2π*f*C),频率越高,阻抗应该越小。在结构上,小容量的电容器在高的频率处,而大容量的电容器则在较低的频率处,电容的阻抗变得最低。因此,在电源上并联一个小容量电容和一个大容量电容是很有必要的,这样在很宽的频率范围降低电源对地的阻抗。

      小容量的电容器是在高频情况下降低阻抗的,所以如果不配置在电路附近,则电容器的引线增长,由于引线本身的阻抗,电源的阻抗不能降低。使用在使用小电容时,一定将尽量靠近器件的电源输入脚,否则就算添加了这个电容也没有任何意义。大容量电容器由于其低频特性,在布局时可以适当离器件远些也没有问题。在低频电路上即使没有小电容C1,电路也能正常工作。但是在高频电路中,比起大电容C2来说,C1起着更为重要的作用。

      从习惯上来说,旁路电容也有大小两个电容,形成两条通路,也保证电路的可靠性。

      4耦合电容
    电容耦合的作用是将交流信号从前一级传到下一级。耦合的方法还有直接耦合和变压器耦合的方法。直接耦合效率最高,信号又不失真,但是,前后两级工作点的调整比较复杂,相互牵连。为了使后一级的工作点不受前一级的影响,就需要在直流方面把前一级和后一级分开。

      同时,又能使交流信号从前一级顺利的传递到后一级,同时能完成这一任务的方法就是采用电容传输或者变压器传输来实现。他们都能传递交流信号和隔断直流,使前后级的工作点互不牵连。但不同的是,用电容传输时,信号的相位要延迟一些,用变压器传输时,信号的高频成分要损失一些。一般情况下,小信号传输时,常用电容作为耦合元件,大信号或者强信号传输时,常用变压器作为耦合元件。

      在AD于DA电路上,我们需要把数字信号和模拟信号进行相互转换,为保障数字喜欢与模拟喜欢的互不干涉,我们往往需要在单片机的输入端或输出端串联一个电容,对电路进行耦合。

      用于振荡回路中,与电感或电阻配合,决定振荡频率(时间)的电容称之为振荡电容。

      Fx = F0(1+C1/(C0+CL))^(1/2);

      具体公式不用细想,我们可以从中得知负载电容的减小可以使实际频率Fx变大,原有电路使用的是33pF的两个电容,则并联起来是16.5pF,我们的贴片电容只有27pF,33pF,39pF,所以我们选用了27pF和39pF并联,则电容为15.95pF。电容焊好后,测量比原来大了200多赫兹,落在了设计范围内。

      对于这电容来说,大家应该再熟悉不过了,基本上,没有一个带有微处理器的电路都至少有一个带有起振电容的电路。虽然,大多是情况下,我们都是按照经验选择这两个电容。实际上,这样不科学,有的时候晶振并不会工作。所以,选择合适是起振电容还是很有必要的。实际上,不同的晶振,起需要的起振电容是不同的,在购买晶振时应该选择合适的晶振,一般来说在晶振的数据手册上也提供了选择起振电容的依据。

    6复位电容

      随着+5V直流电压的充电,Al的①脚上的电压达到了一定值,集成电路Al内部所有电路均可建立起初始状态,复位工作完成,CPU进入初始的正常工作状态。这一复位电路的目的:使集成电路Al的复位引脚①脚上直流电压的建立滞后于集成电路Al的+5V直流工作电压规定的时间,如图5-69所示的电压波形可以说明这一问题。

      电感

      1.电感作为一种能够改变电流的特殊器件,在数字电路中应用相对比较少,一般都应用在与电源相关的部分。

      电感(inductance of an ideal inductor)是闭合回路的一种属性。当线圈通过电流后,在线圈中形成磁场感应,感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗,也就是电感,单位是“亨利(H)”。

      自感,互感电感符号:L1H=10^3mH=10^6μH=10^9nH。除此外还有一般电感和精密电感之分精密电感:误差值为5%,用J表示;误差值为1%,用F表示。

      2电感应用

      电感的作用:通直流阻交流这是简单的说法,对交流信号进行隔离,滤波或与电容器,电阻器等组成谐振电路.

      磁环电感的作用:磁环与连接电缆构成一个电感器(电缆中的导线在磁环上绕几圈作为电感线圈),它是电子电路中常用的抗干扰元件,对于高频噪声有很好的屏蔽作用,故被称为吸收磁环,由于通常使用铁氧体材料制成,所以又称铁氧体磁环(简称磁环)。

      在图中,上面为一体式磁环,下面为带安装夹的磁环。磁环在不同的频率下有不同的阻抗特牲。一般在低频时阻抗很小,当信号频率升高后磁环的阻抗急剧变大。可见电感的作用如此之大,大家都知道,信号频率越高,越容易辐射出去,而一般的信号线都是没有屏蔽层的,这些信号线就成了很好的天线,接收周围环境中各种杂乱的高频信号,而这些信号叠加在原来传输的信号上,甚至会改变原来传输的有用信号,严重干扰电子设备的正常工作。

      因此降低电子设备的电磁干扰(EM)已经是必须考虑的问题。在磁环作用下,即使正常有用的信号顺利地通过,又能很好地抑制高频于扰信号,而且成本低廉。电感的主要参数有电感量、允许偏差、品质因数、分布电容及额定电流等。

      电感量也称自感系数,是表示电感器产生自感应能力的一个物理量。

      电感量的基本单位是亨利(简称亨),用字母“H”表示。常用的单位还有毫亨(mH)和微亨(μH),它们之间的关系是:

      1mH=1000μH

      允许偏差是指电感器上标称的电感量与实际电感的允许误差值

      品质因数
    它是指电感器在某一频率的交流电压下工作时,所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高,其损耗越小,效率越高。

      3储能电感
    例如,在单片机系统中最常使用的开关电源LM2576电源电路中,所有的开关调节器都有两种基本的工作方式:即连续型和非连续型,两者之间的区别主要在于流过电感的电流不同,即电感电流若是连续的则称为连续型;

      若电感电流在一个开关周期内降到零则为非连续型。每一种工作模式都可以影响开关调节器的性能和要求。当负载电流较小时,在设计中可采用非连续模式。LM2576 既适用于连续型也适用于非连续型。

      通常情况下,连续型工作模式具有好的工作特性且能提供较大的输出功率、较小的峰峰值电流和较小的纹波电压。一般应用时可根据下面公式进行电感的选择:(电压单位:V 电流单位:A)

      二极管

      在单片机外围电路中,二极管的应用也非常广泛,而且二极管根据其应用不同,种类非常繁多,下面我们主要谈谈发光二极管、续流二极管、整流二极管、限幅二极管等。

      二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode),另外,还有早期的真空电子二极管;它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子,这种电子器件按照外加电压的方向,具备单向电流的转导性。

      一般来讲,晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层,构成自建电场。当外加电压等于零时,由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态,这也是常态下的二极管特性。

      大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流(Rectifying)”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过(称为顺向偏压),反向时阻断 (称为逆向偏压)。

      因此,二极管可以想成电子版的逆止阀。然而实际上二极管并不会表现出如此完美的开与关的方向性,而是较为复杂的非线性电子特征——这是由特定类型的二极管技术决定的。二极管使用上除了用做开关的方式之外还有很多其他的功能。

      外加正向电压时,在正向特性的起始部分,正向电压很小,不足以克服PN结内电场的阻挡作用,正向电流几乎为零,这一段称为死区。这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后,PN结内电场被克服,二极管正向导通,电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内,导通时二极管的端电压几乎维持不变,这个电压称为二极管的正向电压。

      当二极管两端的正向电压超过一定数值Vth,内电场很快被削弱,电流迅速增长,二极管正向导通。Vth叫做门坎电压或阈值电压,硅管约为0.5V,锗管约为0.1V。硅二极管的正向导通压降约为0.6~0.8V,锗二极管的正向导通压降约为0.2~0.3V。

      外加反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小,二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流,二极管的反向饱和电流受温度影响很大。

      一般硅管的反向电流比锗管小得多,小功率硅管的反响饱和电流在nA数量级,小功率锗管在μA数量级。温度升高时,半导体受热激发,少数截流子数目增加,反向饱和电流也随之增加。

      二极管种类有很多,按照所用的半导体材料,可分为锗二极管(Ge管)和硅二极管(Si管)。根据其不同用途,可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。

      按照管芯结构,又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面,通以脉冲电流,使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起,形成一个“PN结”。

      由于是点接触,只允许通过较小的电流(不超过几十毫安),适用于高频小电流电路,如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大,允许通过较大的电流(几安到几十安),主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管,它不仅能通过较大的电流,而且性能稳定可靠,多用于开关、脉冲及高频电路中。

      点接触型二极管面接触型二极管键型二极管合金型二极管扩散型二极管台面型二极管平面型二极管合金扩散型二极管外延型二极管肖特基二极管发光二极管

      有的网友可能已经使用过多种LED了吧,不过,不知道你是否知道LED的工作电压?不同颜色的LED,由于使用的材料不同,其工作电压是不同的。一般来说红色、黄色的LED,其工作电压在2V左右;而蓝色、绿色和白色的LED,其工作电压在3V左右。

      如果设计的产品的专门的LED发光类的产品(LED护栏管、LED照明灯等),应该保证LED的工作电压在其正常工作的电压范围,具体的LED灯的工作电压可以通过LED厂家提供的LED参数确定。同时,如果要让LED正常工作,一般其工作电流在20mA左右。当然,如果我们使用的LED是用来作为指示用,那么并不需要LED发太亮的光,在这种情况下,一般认为LED的工作电压在2V左右,工作电流4mA即可,如果需要调节亮度,可以通过改变限流电阻确定。

      上图是最简单的LED应用电路,在这个电路中需要注意的是限流电阻R1的选择。如果该电路用于指示用,而且单片机的I/O端口可以输出4mA左右的电流,则可以直接通过单片机端口控制,则R1的计算公式如下:

      但是,如果这个电路用作照明用,显然是单片机的I/O端口是无法输出这么大电流的,这是,我们可以考虑用三级管或FET来开关控制。当然,如果作为一般指示电路使用时,如果单片机无法输出4mA的电流时,也可用于使用三极管货FET来驱动LED。

      我们通常所说的“续流二极管”由于在电路中起到续流的作用而得名,一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管来作为“续流二极管”,它在电路中一般用来保护元件不被感应电压击穿或烧坏,以并联的方式接到产生感应电动势的元件两端,并与其形成回路,使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗,从而起到保护电路中的元件不被损坏的作用。

      例如:下面的继电器开关电路

      当开关的负载为继电器或电动机等电感性负载时,在截断流过负载的电流时(晶体管进入截止状态)会产生反向电动势。这时产生的电压非常大。当这种电压超过晶体管的集电极-基极间、集电极-发射机间电压的最大额定值Vcbo、Vceo时,晶体管将会被击穿。

      整流二极管

      整流二极管一般为平面型硅二极管,用于各种电源整流电路中。

      普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管,对截止频率的反向恢复时间要求不高,只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可。例如,1N系列、2CZ系列、RLR系列等。

      整流二极管一般应用在电源电路中,常见的有交流变直流时的电桥。防止电源接反时的,保护二极管等等。对于这类二极管,主要应用的是其单向导电性。在实际的应用中,比较常用的系列是1N系列。

      稳压二极管,英文名称Zener diode,又叫齐纳二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性见图1,稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。

      这类二极管往往应用在对电压有一定的特殊要求的地方,高于稳压二极管的电压将会被二极管吃掉,从而起到稳压的作用,当然也可也到限幅的作用。这种二极管一般在单片机电路中,常用用于对输入高电压的信号进行处理,以整输入电压在一个合理的范围,确保不对单片机的I/O端口进行破坏。

      三极管

      1概述
    晶体三极管(以下简称三极管)按材料分有两种:锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式,但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管,(其中,N表示在高纯度硅中加入磷,是指取代一些硅原子,在电压刺激下产生自由电子导电,而p是加入硼取代硅,产生大量空穴利于导电)。两者除了电源极性不同外,其工作原理都是相同的,下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。 对于NPN管,它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成,发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。

      2三极管工作原理
    由于三极管大多工作在放大状态,这也是三极管应用的基础,下面我们将从三极管放大开始,逐步了解三极管的工作原理。

      三极管是只具有“放大”的单功能器件,这个“放大”功能是非常有用的,在初学者看来三极管的放大工作原理应该是如下图所示:

      实际上不是这样的,从能量守恒可以知道,信号是不可能无缘无故被放大的,放大的信号也必定有来源。输入小的信号,要变成放大的信号,这个能量只能来源于电源供电,即由电源输出一个被放大的形状相同的信号。所以,在外部看来,可以看成输入信号被“放大”了,这就是三极管的放大原理。

    工作原理

      三极管实际上可以这样理解,在三极管的基极和发射极之间加入了二极管,当三极管工作时,基极与发射极之间的二极管的正向压降为0.6~0.7V。反过来可以这样理解,要让三极管工作,实际上可以让三极管里边的二极管工作,当这个二极管工作了,那么三极管以就工作了。

      而且从上图可以看出,由箭头可以看出PN极的方向,同时由这个PN结就可以确定管子的类型为NPN,还是PNP了。例如上图的第一个三极管基极的PN结的P,发射极是PN结的N,故集电极应该为N,所以,第1个三极管为NPN型,同样的方法可以确定第2个三极管为PNP。

      实际上三极管的NPN和PNP都是由两PN结构成。所以,我们可以认为,三极管的基极和发射机间与基极和集电极之间连接2个二极管。在一般的放大电路中,使基极和发射极之间的二极管导通,使基极和集电极之间的二极管截止来设置三极管各端电位。

      3三极管开关电路

      上图左边是正常的放大电路,右边是我们需要的开关电路。从这两个波形不难看出,其状态很像,只是一个是正弦波,一个是方波。如果我们把放大倍数调大,或者把输入信号增大,那么会导致什么现象呢?这一点不难想象,输入输出信号的增大,放大波形的上下均会被切掉。切掉后的正弦波是不是很像我们的方波呢?由此可以看出,我们只需要修改这个放大电路,让其进入两个极端就可以得到开关电路了。

      从发射极放大电路演变掉开关电路的示意图如下:从图中可以看出,电路(a)去掉输入输出两个耦合电容后得到了电路(b),由于放大倍数是有Rc和Re两个电阻决定的,所以去掉Re后,得到了电路(c),同时,基极偏置电路也没有什么必要,当输入信号为0V时三极管处于截止状态,如图(d)。

      上图上边是开路集电极电路,跟负载使用电源没有关系,只要基极有电压,电路就能工作;而上图下边的是开路发射极,基极电压与负载电源是有关系的,输出电压要比输入电压低0.6V。所以,这两种开关电路各有优缺点。上边电路的开关速度不够高,还必须通过添加其他器件来提高其开关速度。而下边电路的开关速度却非常快,但输入电源和输出电源有关联。所以,在实际的应用中,比较常用的还是左边的那种方式,本人也建议尽量采用上边的(b)图,而尽量不要应用右边的这两种方式。

      上面提到开路集电极电路的最大缺点就是开关速度不够快,在需要快速开关时,达不到我们的要求,为此下面我们看看怎么来提高其开关速度。

      肖特基箍位

      提高三极管开关速度的另外一种方法是添加肖特基二极管箍位。这里利用的是这种二极管是采用金属与半导体接触形成具有整流作用,这种二极管的开关速度很快。

      三级管的开关应用非常多,常见的有控制继电器、控制LED、控制LCD背光、控制光耦等,一切开关电路几乎都可以使用三极管或者需要三极管协助完成。

      继电器是磁性机械开关元件,是用逻辑信号开关各种信号时使用的元件。继电器工作电流相对比较大,直接使用单片机的I/O端口控制是无法实现的,在这种情况下,一般需要使用三极管来驱动控制。在选择三极管时,可以使用NPN,也可以使用PNP。对于这两种三级管来说,唯一不同的就是驱动电平而已,其他完全一致。

      驱动常见电路,这里使用的是NPN三极管,高电平控制。为保证没有控制信号时,三极管处于截止状态,继电器不工作,这里加了一个10K的下拉电阻。为了限制基极的输入电流,这里使用了4.3K的限流电阻,保证在单片机控制下,最大输入电流Ib=(5-0.6)/4.3K=1mA。同时,我们再次强调,在继电器端必须并联一个续流二极管,否则开关继电器的同时可能会损坏三极管,这一点我们在讲述二极管时已经说明。

      对于需要提供大电流才工作的LED电路,我们也必须考虑使用三极管来驱动,有时甚至会需要多个三极管同时才能驱动。

      对于上图来说,每一路LED的显示和每一个LED数码管的驱动,都会使用大的电流。7段数码管的每一段LED需要打电流大概是30mA,而其电流的控制由其串联的限流电阻确定。我们之前也说过,一般LED的工作压降为2V,所以LED的工作电流I=5-2-0.6/82=30mA。

      场效应晶体管

      
    对于场效应管来说,在大学期间老师基本没有讲,让自己自学。到了工作的时候,我们发现场效应管应用还是比较广泛的。其实场效应管和三极管还是很相似的。在很多应用中,甚至可以直接贴换三极管。

      场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高(10^7~10^12Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。

      1.与双极型晶体管相比,场效应管具有如下特点。

      (1)场效应管的控制输入端电流极小,因此它的输入电阻(Ω)很大。(2)它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数;(3)由于不存在杂乱运动的电子扩散引起的散粒噪声,所以噪声低。

    2.工作原理

      场效应管的开关电路和三极管的开关电路一样,都是可以从放大电路变化而得。这里不在说明其变化过程。同样把负载放置在Rd的位置。

      对于偏置电阻的确定,需要注意:其作用和三极管的上下拉电阻一样,用于确定栅极的电平状态,取值一般没有要求,大都取1M。

      场效应管的开关电路应用非常广泛,由于其为电压控制型,而且内阻非常小,常常应用在各种大电流开关控制电路中。例如,热敏微型打印机电源开关、外部电源输出开关等等。简单的说,一般小电流开关电路可以适用三极管,大电流开关电路使用场效应管,这里就不在列举实例了。

      和三极管一样,其开关并不是绝对的,虽然说,在一定的工作电压下,场效应管就处于开关状态。但它的开关状态并不是没有内阻,其内阻的变化一般都是跟随其外部电压的大小而变化。所以,为了减小其内阻,应尽量加大其开关电压值。具体多大合适一定要查询芯片资料。

    以上就是100唯尔(100vr.com)小编为您介绍的关于电学的知识技巧了,学习以上的太牛了,这么详细的电学电路设计知识:电阻、电容、电感、二极管、三极管、mos管!知识,对于电学的帮助都是非常大的,这也是新手学习电子专业所需要注意的地方。如果使用100唯尔还有什么问题可以点击右侧人工服务,我们会有专业的人士来为您解答。

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    近日,甘肃省委办公厅、省政府办公厅印发《甘肃省深化现代职业教育体系建设改革“三张清单”》(以下简称《三张清单》),围绕该省职业教育体系建设改革人才需求、产业发展和政策支持,提出了45项具体措施。 《三张清单》包括职业教育人才需求清单、产业发展清单和政策支持清单。 在人才需求上,甘肃提出,聚焦职业教育领域自身发展、重点产业发展、科教融汇发展三个方面的人才需求,测算未来3年人才需求数量,提出了培养职业院校名校长、“双师型”教师、职教名匠、产业导师、创业导师、优秀企业家、能工巧匠、技术技能人才、现场工程师、科技服务等各类人才30多万人的需求清单,明确了清单的主要措施和责任部门。 在产业发展上,甘肃明确,围绕全省构建“一核三带”区域发展格局和“强工业”“强科技”行动,推进职业教育“一园三群”建设,打造市域产教联合体,建设产教融合型城市和企业,对接重点产业实施人才分类培养,对接先进制造业培养现场工程师,进一步提升职业教育与产业发展的适配性。 在政策支持上,甘肃提出,围绕省域现代职教体系建设、提升办学能力、加强教师队伍、拓宽学生成长成才通道、支持行业企业参与职业教育等五个方面,制定了政策支持清单,进一步营造了职业教育发展的良好环境。 甘肃省委教育工委书记、省教育厅党组书记、厅长张国珍表示,下一步,省教育厅将以深化产教融合为重点、以推动职普融通为关键、以促进科教融汇为新方向,全面提高职业教育的质量、适应性和吸引力。建立健全《三张清单》的落实机制,以“一体两翼”推动职业教育提质升级,以“两个服务”引领职业教育人才培养,将工作重心从“教育”转向“产教”,建设一批示范性实训中心和产教融合实践基地,将新方法、新技术、新工艺、新标准引入教育教学实践,提升技术技能人才培养质量。 来源:中国教育网

    河北规划实施智慧教育示范工程专项行动

    为全面贯彻党的二十大精神,认真落实河北省委十届三次全会部署和河北省人民政府办公厅《加快建设数字河北行动方案(2023—2027年)》,河北省教育厅围绕打造中国式现代化河北教育场景,加快推进教育数字化转型发展,决定实施智慧教育示范工程专项行动。 根据规划,河北将围绕数字校园建设、国家中小学智慧教育平台试点应用、“优质资源”共建共享和新技术支持下的课堂模式变革等七个方面重点任务,积极推广智慧教育,推动数字教育资源供给优化,促进学习方式和教育教学模式创新,不断完善我省智慧教育治理体系。支持雄安新区智慧教育云平台建设和全场景应用,建成国内领先的智慧教育示范区。 河北明确提出,每年遴选省级基础教育精品课1000节左右,今年建设80门以上国家职业教育在线精品课程、200门省级职业教育在线精品课程,到2025年建设职业教育省级在线精品课程、虚拟仿真实训课程和优质专业教学资源等数字教学资源500件以上,同时开展高等学校省级线下、线上、线上线下混合、虚拟仿真和社会实践等一流本科课程验收认定工作,到2027年共认定700门左右。将实施城乡联校网教共同体工程,每个县确定不少于5所优质中小学校向薄弱学校、乡村学校和教学点提供服务。持续建设和完善教育数据管理平台,聚焦重点应用场景,汇聚重点业务系统、公共服务平台数字资产,提升数据管理平台支撑决策指挥能力。到2025年,雄安新区智慧教育取得突破性进展,达到全国领先水平。其间,将以新技术为依托,持续完善新区智慧教育服务体系,不断提升教育服务体系支撑能力,形成基础教育、职业教育、高等教育、终身教育信息化体系,打造新区教育现代化新样态。 以下是通知原文: 《加快建设数字河北行动方案(2023-2027年)》印发 2023年02月01日 《加快建设数字河北行动方案(2023-2027年)》印发 到2027年数字经济占GDP比重超42% 为加快建设数据驱动、智能融合的数字河北,省政府办公厅日前印发《加快建设数字河北行动方案(2023-2027年)》(以下简称“方案”)。方案提出到2027年,全省数字经济迈入全面扩展期,核心产业增加值达到3300亿元,数字经济占GDP比重达到42%以上。 方案明确,要抢抓数字化变革新机遇,把数字河北建设作为推进高质量发展的基础性先导性工程,组织实施6个专项行动、20项重点工程,推动数字技术与实体经济深度融合,适度超前建设数字基础设施,做强做优做大数字经济,完善数字社会治理体系,提升公共服务水平,拓展发展新空间,为融入新发展格局、建设现代化河北提供有力支撑。建成京津冀工业互联网协同发展示范区,打造一批现代化生态农业创新发展示范区;雄安新区建成全球数字城市新标杆,石家庄建成全国一流的新一代电子信息产业基地,张家口建成全国一体化算力网络关键节点,廊坊、保定、秦皇岛等地建成特色鲜明、生机勃勃的数字产业集群;智慧医疗、智慧教育、智慧交通、智慧旅游等新业态、新模式全面融入人民生产生活;数字河北建设基本实现“数字经济高端化、数字社会智慧化、数字政府智治化”,数字化变革成为推进高质量发展的强大引擎。 实施数字基础设施建设行动。实施高速智能信息网络建设工程,加快5G网络深度覆盖、千兆光纤网络建设、IPv6升级改造,优化互联网网络架构,加快卫星互联网建设与应用。实施算力基础设施建设工程,加快全国一体化算力网络京津冀国家枢纽节点建设。建设张家口数据中心集群,推动数据中心与可再生能源的协同发展。加快人工智能基础设施建设。实施融合基础设施智能化改造工程。 实施信息智能产业倍增行动。实施关键技术攻关及转化工程,采用“揭榜挂帅”等方式,在半导体材料、专用集成电路等领域组织实施一批技术攻关项目,推进创新平台提质提效。实施产业集群发展壮大工程,加快石家庄信息产业集群建设,打造千亿级电子信息产业集群,推动张家口大数据产业集群、廊坊电子信息产业集群、秦皇岛软件及电子器件产业集群建设。实施数字化市场主体培育工程,引进培育一批有竞争力的数字化企业。 实施制造业数字化转型行动。实施工业互联网平台建设工程,建设河北省工业互联网公共服务平台,推动10个国家跨行业跨领域工业互联网平台在河北布局。推动“十万企业上云”。到2025年,建成5G全连接工厂标杆省级示范30个、国家级示范3个,建设“工业互联网+园区”试点10个,上云企业突破10万家。实施数字化支撑能力提升工程,加快智能化改造,每年培育10家智能制造标杆企业。在钢铁、石化、建材等行业推行“互联网+供应链”管理模式,培育形成100个工业互联网标杆示范案例。实施数字化新模式培育工程,推动装备制造企业由单纯提供设备向全生命周期管理、提供系统解决方案和信息增值服务等转变,发展网络化协同制造、个性化定制、云制造等智能制造新业态。 实施农业农村数字化转型行动。实施农业生产智慧化工程,发展智慧种业,推动粮食生产管理数字化应用,推广农业物联网应用,加快智能农机装备应用。实施“互联网+”农产品出村进城工程,推进电子商务进农村综合示范县建设。实施农业农村大数据创新应用工程,基本形成农业农村数据资源“一张图”。实施智慧农业监测预警工程,为宏观决策和市场主体提供智能解决方案。实施数字乡村建设工程,持续优化乡村信息基础设施,提升农村公路管理数字化水平,加快农村电网数字化改造。提升乡村综合治理信息化水平,打造基层治理“一张网”,加强网格化管理服务。深入推进乡村“互联网+教育”“互联网+医疗健康”,优化农村社保与就业服务,提升公共服务效能。 实施数字社会建设行动。实施智慧医疗示范工程,进一步完善实用共享、互联互通的省、市两级全民健康信息平台,推动京津冀医疗互认网络建设。完善“互联网+医疗健康”服务体系,提高卫生健康服务均等化与可及性。实施智慧教育示范工程,持续推动数字校园建设,实施“优质资源”共建共享计划,推动课堂模式变革,积极发展新技术支持下的自主、探究、合作等教学模式。实施智慧文旅示范工程,推进公共文化场馆、旅游景区数字化、智慧化建设,持续推进“一部手机游河北”(乐游冀)平台功能拓展优化,丰富产品信息。实施新型智慧城市示范工程,完善新型智慧城市评价指标体系,加快城市路桥管网、水电燃热等各类基础设施的智能化感知设备应用,推动构建多元动态的城市感知网络。支持建设城市智慧大脑,打造全景展示、全域感知、智能调度的城市管理中枢。 实施数字政府创新发展行动。实施基础支撑能力提升工程,建设完善省、市两级政务云平台,推动不具备规模效应的部门数据中心逐步向省政务云迁移。实施一体化政务大数据体系建设工程,建设上联国家一体化政务大数据平台,纵向覆盖各市及雄安新区、横向连接省各部门的全省一体化政务大数据平台,统一为省、市、县提供政务数据共享交换、归集治理和分析应用服务。实施政府数字化履职能力提升工程,优化“冀时办”,推动政务服务“一网通办”“掌上办”和“一件事一次办”。加强智慧社区建设,全面提升社会治安、应急管理、社区治理服务智慧化、智能化水平。到2025年,除不宜网办事项外实现政务服务事项100%全流程网上办理。 来源:河北省人民政府

    河北规划实施智慧教育示范工程专项行动播

    为全面贯彻党的二十大精神,认真落实河北省委十届三次全会部署和河北省人民政府办公厅《加快建设数字河北行动方案(2023—2027年)》,河北省教育厅围绕打造中国式现代化河北教育场景,加快推进教育数字化转型发展,决定实施智慧教育示范工程专项行动。 根据规划,河北将围绕数字校园建设、国家中小学智慧教育平台试点应用、“优质资源”共建共享和新技术支持下的课堂模式变革等七个方面重点任务,积极推广智慧教育,推动数字教育资源供给优化,促进学习方式和教育教学模式创新,不断完善我省智慧教育治理体系。支持雄安新区智慧教育云平台建设和全场景应用,建成国内领先的智慧教育示范区。 河北明确提出,每年遴选省级基础教育精品课1000节左右,今年建设80门以上国家职业教育在线精品课程、200门省级职业教育在线精品课程,到2025年建设职业教育省级在线精品课程、虚拟仿真实训课程和优质专业教学资源等数字教学资源500件以上,同时开展高等学校省级线下、线上、线上线下混合、虚拟仿真和社会实践等一流本科课程验收认定工作,到2027年共认定700门左右。将实施城乡联校网教共同体工程,每个县确定不少于5所优质中小学校向薄弱学校、乡村学校和教学点提供服务。持续建设和完善教育数据管理平台,聚焦重点应用场景,汇聚重点业务系统、公共服务平台数字资产,提升数据管理平台支撑决策指挥能力。到2025年,雄安新区智慧教育取得突破性进展,达到全国领先水平。其间,将以新技术为依托,持续完善新区智慧教育服务体系,不断提升教育服务体系支撑能力,形成基础教育、职业教育、高等教育、终身教育信息化体系,打造新区教育现代化新样态。 以下是通知原文: 《加快建设数字河北行动方案(2023-2027年)》印发 2023年02月01日 《加快建设数字河北行动方案(2023-2027年)》印发 到2027年数字经济占GDP比重超42% 为加快建设数据驱动、智能融合的数字河北,省政府办公厅日前印发《加快建设数字河北行动方案(2023-2027年)》(以下简称“方案”)。方案提出到2027年,全省数字经济迈入全面扩展期,核心产业增加值达到3300亿元,数字经济占GDP比重达到42%以上。 方案明确,要抢抓数字化变革新机遇,把数字河北建设作为推进高质量发展的基础性先导性工程,组织实施6个专项行动、20项重点工程,推动数字技术与实体经济深度融合,适度超前建设数字基础设施,做强做优做大数字经济,完善数字社会治理体系,提升公共服务水平,拓展发展新空间,为融入新发展格局、建设现代化河北提供有力支撑。建成京津冀工业互联网协同发展示范区,打造一批现代化生态农业创新发展示范区;雄安新区建成全球数字城市新标杆,石家庄建成全国一流的新一代电子信息产业基地,张家口建成全国一体化算力网络关键节点,廊坊、保定、秦皇岛等地建成特色鲜明、生机勃勃的数字产业集群;智慧医疗、智慧教育、智慧交通、智慧旅游等新业态、新模式全面融入人民生产生活;数字河北建设基本实现“数字经济高端化、数字社会智慧化、数字政府智治化”,数字化变革成为推进高质量发展的强大引擎。 实施数字基础设施建设行动。实施高速智能信息网络建设工程,加快5G网络深度覆盖、千兆光纤网络建设、IPv6升级改造,优化互联网网络架构,加快卫星互联网建设与应用。实施算力基础设施建设工程,加快全国一体化算力网络京津冀国家枢纽节点建设。建设张家口数据中心集群,推动数据中心与可再生能源的协同发展。加快人工智能基础设施建设。实施融合基础设施智能化改造工程。 实施信息智能产业倍增行动。实施关键技术攻关及转化工程,采用“揭榜挂帅”等方式,在半导体材料、专用集成电路等领域组织实施一批技术攻关项目,推进创新平台提质提效。实施产业集群发展壮大工程,加快石家庄信息产业集群建设,打造千亿级电子信息产业集群,推动张家口大数据产业集群、廊坊电子信息产业集群、秦皇岛软件及电子器件产业集群建设。实施数字化市场主体培育工程,引进培育一批有竞争力的数字化企业。 实施制造业数字化转型行动。实施工业互联网平台建设工程,建设河北省工业互联网公共服务平台,推动10个国家跨行业跨领域工业互联网平台在河北布局。推动“十万企业上云”。到2025年,建成5G全连接工厂标杆省级示范30个、国家级示范3个,建设“工业互联网+园区”试点10个,上云企业突破10万家。实施数字化支撑能力提升工程,加快智能化改造,每年培育10家智能制造标杆企业。在钢铁、石化、建材等行业推行“互联网+供应链”管理模式,培育形成100个工业互联网标杆示范案例。实施数字化新模式培育工程,推动装备制造企业由单纯提供设备向全生命周期管理、提供系统解决方案和信息增值服务等转变,发展网络化协同制造、个性化定制、云制造等智能制造新业态。 实施农业农村数字化转型行动。实施农业生产智慧化工程,发展智慧种业,推动粮食生产管理数字化应用,推广农业物联网应用,加快智能农机装备应用。实施“互联网+”农产品出村进城工程,推进电子商务进农村综合示范县建设。实施农业农村大数据创新应用工程,基本形成农业农村数据资源“一张图”。实施智慧农业监测预警工程,为宏观决策和市场主体提供智能解决方案。实施数字乡村建设工程,持续优化乡村信息基础设施,提升农村公路管理数字化水平,加快农村电网数字化改造。提升乡村综合治理信息化水平,打造基层治理“一张网”,加强网格化管理服务。深入推进乡村“互联网+教育”“互联网+医疗健康”,优化农村社保与就业服务,提升公共服务效能。 实施数字社会建设行动。实施智慧医疗示范工程,进一步完善实用共享、互联互通的省、市两级全民健康信息平台,推动京津冀医疗互认网络建设。完善“互联网+医疗健康”服务体系,提高卫生健康服务均等化与可及性。实施智慧教育示范工程,持续推动数字校园建设,实施“优质资源”共建共享计划,推动课堂模式变革,积极发展新技术支持下的自主、探究、合作等教学模式。实施智慧文旅示范工程,推进公共文化场馆、旅游景区数字化、智慧化建设,持续推进“一部手机游河北”(乐游冀)平台功能拓展优化,丰富产品信息。实施新型智慧城市示范工程,完善新型智慧城市评价指标体系,加快城市路桥管网、水电燃热等各类基础设施的智能化感知设备应用,推动构建多元动态的城市感知网络。支持建设城市智慧大脑,打造全景展示、全域感知、智能调度的城市管理中枢。 实施数字政府创新发展行动。实施基础支撑能力提升工程,建设完善省、市两级政务云平台,推动不具备规模效应的部门数据中心逐步向省政务云迁移。实施一体化政务大数据体系建设工程,建设上联国家一体化政务大数据平台,纵向覆盖各市及雄安新区、横向连接省各部门的全省一体化政务大数据平台,统一为省、市、县提供政务数据共享交换、归集治理和分析应用服务。实施政府数字化履职能力提升工程,优化“冀时办”,推动政务服务“一网通办”“掌上办”和“一件事一次办”。加强智慧社区建设,全面提升社会治安、应急管理、社区治理服务智慧化、智能化水平。到2025年,除不宜网办事项外实现政务服务事项100%全流程网上办理。 来源:河北省人民政府

    福建省教育厅等六部门关于印发《福建省教育数字化战略行动三年实施方案》的通知

    各设区市教育局、市委网信办、科技局、工信局、财政局、数字办(大数据管理部门),平潭综合实验区社会事业局、党工委网信办、经济发展局、财政金融局、行政审批局,各高等学校,省属中职学校、中小学,厅直属单位: 为深入学习贯彻党的二十大精神,贯彻落实中办、国办关于推进“互联网+教育”发展的意见,以及省委、省政府有关数字福建的工作部署,推进我省教育数字化,省教育厅等六部门研究制定了《福建省教育数字化战略行动三年实施方案》,现印发给你们,请认真组织实施。 福建省教育厅  中共福建省委网络安全和信息化委员会办公室  福建省科学技术厅 福建省工业和信息化厅  福建省财政厅  福建省数字福建建设领导小组办公室 2023年2月17日 福建省教育数字化战略行动三年实施方案 为深入贯彻党的二十大精神,全面贯彻落实中办、国办关于推进“互联网+教育”发展的意见、《“十四五”国家信息化规划》《教育部等六部门关于推进教育新型基础设施建设构建高质量教育支撑体系的指导意见》等文件精神,深入推进国家教育数字化战略行动,根据《福建省“十四五”教育发展专项规划》《福建省“十四五”数字福建专项规划》工作部署,推动我省教育数字化转型,以教育信息化支撑引领教育现代化,明确我省教育信息化工作的指导思想、主要目标、重点任务等,制定本实施方案。 一、指导思想 以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,全面贯彻党的二十大提出的关于教育数字化的战略部署,全面贯彻党的教育方针,落实立德树人根本任务,贯彻新发展理念,服务新发展格局,激发新发展内生动力,坚持需求导向和应用驱动,坚持融合创新和底线思维,坚持优化改革和长效机制,积极推进“互联网+教育”发展,实施教育数字化战略行动,使教育数字化转型成为推进教育现代化建设与高质量发展的重要引擎和关键特征。 二、基本原则 坚持立德树人。面向时代和社会发展要求,遵循学生成长规律和教育规律,发挥信息技术优势,促进学生全面发展,围绕“立德树人”根本任务,以数字化构建良好教育生态,实现公平而有质量的教育。 坚持数字赋能。锚定人才培养、教育教学、研究创新、教育治理、管理服务等学校核心工作需求,因应新时代学校发展要求,充分运用数字化手段,推进教育理念更新、教学变革和科研创新。 坚持项目推进。强化教育信息化体系的顶层设计,抓住网、云、应用、数据、人、安全等信息化要素,将业务应用摆在突出优先位置,聚焦可复制、可推广、高质量的教育应用场景,以重点项目和试点示范带动整体推进。 坚持安全可控。围绕数据、技术、系统、网络、管理等方面安全,构建与教育数字化发展需要相适应的安全和保障团队。 三、发展目标 围绕立德树人根本任务,推动福建省教育数字化转型进入新阶段,智慧教育创新发展迈上新台阶,重点实现“四提升四支撑”:“四提升”即以建设省教育专网提升教育数字化底座支持力、以共建共享优质数字教育资源提升教育服务质量优质均衡水平、以驱动教育数据提升教育治理能力、以强化信息技术应用提升师生信息素养;“四支撑”即以数字校园普及支撑传统学校数字转型、以信息技术融合创新与示范应用支撑教育教学方式变革、以过程化和数字化的电子学习档案建设支撑学生综合素质发展、以防护体系构建支撑绿色安全可信教育网络空间建设。 四、主要任务 (一)聚焦教育行业应用场景,促进教育教学数字化融合 1.赋能全学段教育教学融合创新。以现代信息技术促进教育教学方式革新,实现融合创新。学前教育重点发展智能监管,家校互动,游戏化的教学应用;基础教育重点推进优质数字化课程资源赋能课堂教学,助推“双减”提质增效和优质均衡,构建新时代城乡教育共同体;引导职业院校基于未来工作场景,构建虚实融合、线上线下结合的实践教学空间和实训教学环境,辅助教师高质量教和学生自主地学;鼓励高校积极开展5G、物联网、大数据、人工智能等新技术的实践和应用研究,积极发展“互联网+教学”“人工智能+教育”,探索推进人工智能背景下的高校教育教学模式改革;推动终身教育高质量发展,重点营造“人人皆学、处处能学、时时可学”的智能泛在可选的终身学习数字生态。 2.普及“三个课堂”建设应用。全面推进“名师课堂”“名校网络课堂”的建设应用,力争实现名师名校课堂资源覆盖基础教育全学科全知识点,依托“福建中小学智慧教育平台”,系统性、全方位地推动名师名校课堂资源在区域及全省范围内共享,满足学生对个性化发展和高质量教育的需求。持续推进基础教育优质校与薄弱校建立远程在线帮扶关系,针对农村薄弱学校和教学点,通过“专递课堂”帮助其开齐开足开好国家规定课程,推送适切的优质教育资源,促进教育公平和均衡发展。 3.强化网络学习空间建设应用。建设面向广大师生的实名制网络空间,完善网络学习空间功能,汇聚各类数字教育资源和应用服务,提升教育教学支持能力,实现“一人一空间,人人用空间”。推动学校、师生常态化应用空间开展教育教学活动。鼓励学校利用空间推动线上线下教学空间融合,促进教育教学、管理评价、教师专业发展,开展校本在线教学资源建设;鼓励教师利用空间开展知识管理、资源建设、移动教学、在线同步教学、网络研修等教育教学活动;支持适龄学生运用空间开展泛在、个性线上学习,推动空间数据的便捷管理和共享,强化学习数据的分析应用。 (二)推进新型基础设施建设,打造教育数字化发展新环境 4.建设福建教育专网。依托福建电子政务外网和互联网已有建设基础,按照“统一规划、分级建设”原则建设福建教育专网,全面覆盖全省各级教育行政部门、各级各类学校和教育事业单位,统一规划管理网络地址和域名,提升公共网络与教育专网的跨网访问速度,提供快速、稳定、绿色、安全的网络服务,推进全省教育系统IPv6规模化部署和应用。打造一体化的教育大数据中心,鼓励通过混合云架构构建集约化、规模化、绿色化的教育云。 5.打造省级智慧教育平台。坚持“需求牵引、应用为王、服务至上”原则,建设“福建智慧教育平台”,重点打造“福建中小学智慧教育平台”“福建职业教育智慧教育平台”“福建高等教育智慧教育平台”“福建24365 大学生就业创业服务平台”,汇聚我省各学段优质数字教育资源和面向公众提供的教育服务事项,为全省师生、家长和社会公众提供一站式教育资源和教育服务。积极推进国家智慧教育平台体系的延伸与拓展,推动实现五级联动、上下贯通。 6.升级改造校园基础设施。推动各地积极保障学校多媒体教学设备配置、维护和更新,继续提升薄弱学校的教育信息化建设水平。支持有条件的学校利用信息技术升级教学设施、科研设施和公共设施,建设虚拟仿真实验室、数字图书馆、智慧教室等信息化环境,实现数字化、智能化升级改造、规范化建设、融合创新,促进学校物理空间与网络空间一体化建设。 7.构建“互联网+教育”平台支撑基础。搭建开放共享的省级“互联网+教育”数字底座、能力中台和数据中台,为“福建智慧教育平台”“福建教育治理平台”等提供统一支撑。基于教育部“一校一码、一人一号”的数字认证互联互通互认体系,以及福建省社会用户实名认证服务体系,推动各级各类“互联网+教育”平台的统一用户管理,实现集中授权和单点登录。 8.优化各级各类“互联网+教育”平台。积极引导各市、县(区)、校推进业务流程梳理再造,促进教学与管理平台的深度融合。基于省级“互联网+教育”大平台的能力中台,开放服务接口,实现各级各类资源平台和管理平台的互通、衔接与开放,助推教育应用优化升级。鼓励各地各校基于数字基座,探索“标准化(基础应用)+个性化(应用插件)”排列组合的应用模式。 (三)加强优质资源共建共享,满足各类教育教学需要 9.加强优质多元数字教育资源供给。推动国家、省、市、县(区)、学校五级优质数字教育资源无缝对接和共享。汇聚教科研部门优质课、精品课、德育精品项目等优质教育数字资源,根据课程教学需要,针对性开发优质特色在线资源;深入挖掘“闽文化”“福文化”及当地特色文化,打造一批质量优良、内涵丰富、特色鲜明的专题教育资源;鼓励各地各校着力开发校本课程和其他特色资源,丰富优质资源体系;根据学段特点,职业院校重点建设情景式系列化自主学习微课和技能性演示操作课程资源,高等院校结合专业大类核心课程覆盖需求,加强线上课程等资源的建设和常态化应用。 10.推动数字教育资源共建共享。加强数字教育资源应用监测,基于智慧教育平台体系跟踪分析资源应用情况,更好掌握各类平台、各项课程和资源的应用推广情况、使用效果和评价反馈。畅通不同使用主体的问题、意见和建议反映渠道,建立资源准入、汇聚、共享、评价与淘汰机制。构建资源目录和资源地图,提升“支撑教”与“促进学”的优质数字资源管理和运用效率。创新资源建设模式,建构多主体参与、多渠道供给、多形式服务的具有时效性、专业性特点的数字教育资源供给体系,鼓励师生、社会力量参与优质数字教育资源建设。 11.强化数字资源内容审核及产权评估。按照“谁主管谁负责、谁上线谁负责”的原则,重点围绕政治性、科学性、适用性和规范性,采用机器审核和人工审核相结合的方式,做到“上线必审、更新必审、审必到位”,并定期或不定期进行抽查、检查,接受公众投诉举报,建立健全数字教育资源内容审核机制。建立数字教育资源提供主体实名认证制度,出台免责条款,确保平台上线的资源产权明晰,无侵犯他人知识产权、肖像权、隐私权、商业秘密及其他合法权益的情形。 (四)提升师生数字技能与素养,健全数字化人才培养体系 12.提升教师信息化教学能力。深入推进教师信息技术应用能力提升工程 2.0行动,构建“以校为本、基于课堂、应用驱动、注重创新、精准测评”的教师信息素养发展新机制。扩大人工智能助推教师队伍建设行动试点,开展高等学校虚拟教研室建设,构建智能技术支持教师发展、优化教师管理的新模式。重点培养一线教师信息技术应用能力、信息化教学理念及方法,重点提高学科骨干教师、教研员引领区域研修和指导教师信息化教学能力。 13.实施未来教师信息素养培养计划。以师范生未来教学需要和专业发展为导向,推进师范院校现代教育技术公共课程改革,提升师范生信息素养;建设未来教师信息素养实训基地,强化师范生基于信息环境的实践教学能力,培养能合理运用信息技术和具备一定教学创新能力的未来教师。 14.强化信息技术人才队伍建设。加大对信息化项目、科技创新平台支持力度,深化创新应用导向的高校信息技术类学科专业建设,以“产学研”融合模式培养多层次、多形式研究与实践应用能力兼备的人才,培育一批信息技术应用学科带头人和教育信息化专家。 15.培养面向智能时代的数字公民。完善数字公民培养体系,将学生数字素养培育有机融入各学段、各学科课程教学,各级各类学校高质量开设信息技术课程,加强信息技术课程中的网络安全、人工智能、科创(STEAM)教育等知识模块比例。通过常态化、多样化的实践培养具有数字意识、计算思维、终身学习能力和社会责任感的数字公民。 (五)推进管理业务流程再造,提升教育治理综合服务能力 16.打造福建教育治理平台。汇聚教育部统一建设的教育治理核心应用服务和省级自建的教育治理通用应用服务,按照统一标准规范,加强教育信息系统深度整合和集约管理,鼓励地方教育行政部门和学校对接国家、省教育治理平台,开发特色应用服务,全面提升全省教育系统数据治理、政务服务和协同监管能力。 17.建设福建省国家教育考试综合管理平台。在全省范围内建设覆盖国家、省、市、县(区)、标准化考点五级联动的国家教育考试管理与服务信息化支撑平台,切实发挥教育信息化对高考等国家教育考试业务的支撑和保障作用。配齐、配足实施高考综合改革、教育评价改革等所需标准化考点(考场);建设和完善具有身份认证、试卷跟踪、作弊防控、标准化考点管理等功能的教育考试综合管理平台;建设以考生库、考点库、工作人员库为主体的考试全局基础数据库和数据交换平台;建设以考试大数据为支撑、以动态数字图为展呈的决策指挥系统。 18.加强教育数据规范管理及应用。完善教育政务基础数据库和主题数据库,加强分级分类的教育数据规范,全省教育数据逐步实现“一数一源”,建立“覆盖全省、统一标准、上下联动、资源共享”的教育大数据体系。规范教育数据的标准化采集、存储、治理,完善教育数据采集、应用、备案等相关管理制度。 19.推进教育治理数据联动业务协同。推动教育行政办公数字化、协同化、移动化,优化办公流程,将办公应用向移动端延伸,提升管理效能。推动各项教育政务服务全程网上受理、网上办理和网上反馈,实现“一号申请、一窗受理、一网通办”。推动管理服务“减流程、减证明、减时间”,基于福建省政务数据汇聚共享,实现“让数据多跑路、群众少跑腿”。运用教育数据驱动教育“放管服”改革,探索区块链、人工智能和大数据等新一代信息技术在教育治理中的深度应用,促进教育管理的精细化、服务的精准化、决策的科学化,大力提升教育治理体系和治理能力现代化水平。 (六)开展数据驱动深化应用,服务教育督导和评价改革 20.推进“数字学生”一体化应用。围绕学生成长全阶段,建立政府、学校、专业机构和社会组织等多元主体参与的无感式、伴随式数据采集机制,通过点滴数据的汇聚与融合,运用人工智能、大数据、区块链等新一代信息技术,构建长周期、跨场域、多维度的学生成长档案,实现精准画出学生个人“数字画像”和群体“数字画像”的目标,为学生全面发展提供个性化、精准化服务。 21.建设省教育督导智慧云平台。利用新技术、新应用,推进督导工作从定性评估转向精准评估,从人工督导转向智能实时督导。挖掘数据价值,创新督导方式,建立“数据说话、数据评价、数据决策”的教育督导评估机制。实现督导指标体系标准化、督导工作流程化、督导管理网格化、督导工作移动化、督导管理智慧化、档案管理现代化。 22.深化教育评价技术应用研究。探索区块链技术在教育评价中的应用,利用人工智能、大数据等现代信息技术,改进结果评价、强化过程评价、探索增值评价,创新评价工具,提升评价的科学性、专业性、客观性。探索完善学生综合素质评价在中招、高招中的应用。 (七)提升网络安全防护能力,营造教育系统清朗网络空间 23.提升防范化解网络安全风险的能力。从物理安全、网络安全、主机安全、应用安全、数据安全和安全管理六个层面出发,建立“三化六防”的安全保障体系,确保教育信息系统安全有效运行。完善网络安全监测预警通报机制,提升全省教育系统信息系统(网站)防护能力。强化数据安全管理,完善数据容灾机制。持续开展各级网络安全演练,通过攻防对抗、沙盘演习等方式,提升网络安全防护能力和应急响应水平。 24.加强教育系统网络安全风险的源头管控。开展常态化网络安全检查,深化落实教育系统关键信息基础设施安全保护制度和网络安全等级保护制度。健全教育数据全生命周期的保障制度,加强数据收集、汇聚、存储、流通、应用、销毁等环节的安全管理,落实关键数据使用的审计、脱敏机制,科学规范数据采集范围、访问权限、存储周期和共享方式,降低数据安全风险。广泛应用具有自主核心技术和安全性满足要求的国产软硬件产品,确实保障信息化建设中的供应链安全。 25.营造利于师生发展的清朗网络空间。依托教育专网建立绿色上网防护体系,自动识别、屏蔽不适合未成年人访问的应用、网站和信息。加强面向师生网络安全宣传教育,引导青少年正确认识和使用互联网,自觉抵制不良网络内容。不断巩固壮大网络思政主阵地,弘扬主旋律、传播正能量。加强各部门协同,与公安、通管、网信等有关部门信息共享、舆情共商、联动处置,共同为广大师生营造清朗网络环境。 26.加强网络安全人才队伍建设。支持高校特色化示范性软件学院和网络安全特色学科群建设,加快网络安全领域新工科建设,推进产学研合作协同育人,提高网络安全人才培养质量。构建网络安全岗位职责与能力体系,定期开展各层次教育信息化和网络安全专业技术人员岗位培训。 五、保障措施 (一)加强组织领导,强化协作联动 加强党对教育信息化和网络安全工作的领导,坚持网信事业正确政治方向。强化落实网络安全责任制,明确网信职能部门,加强统筹管理。整合教研、电教、信息、装备等机构力量,形成工作合力。加强部门协同、上下联动和区域统筹,把教育信息化工作纳入数字福建、智慧城市等整体规划。充分发挥教育信息化智库、工程中心、创新平台、学校、基础电信运营商、信息化企业等主体优势,鼓励其联合设立教育信息化研究基地或应用示范基地,实现教育链、人才链、产业链、科技链有效结合。 (二)完善统筹保障,引导多元投入 优化教育经费结构,持续加大包括教育信息化建设在内的教育经费投入力度。积极引导更多智慧城市、新基建等领域专项经费投向教育信息化领域。落实国家关于生均公用经费可用于购买信息化资源和服务的政策。充分发挥市场在资源配置中的决定性作用,建立社会团体、企业等多方参与的教育信息化多元建设机制。 (三)加强示范引领,推进数字化转型 鼓励各地区、各学校结合自身优势及特点,积极申报各级各类智慧教育应用项目。分年度遴选10个左右县(市、区)建设“省级智慧教育试点区”、100所左右各级各类学校建设“省级智慧教育试点校”。打造一批可复制推广、可规模应用的样板项目,积累可推广的先进经验与优秀案例,以点带面引领省内各地各校教育信息化建设,形成具有区域特色的智慧教育新途径和新模式。 (四)完善督导机制,加强动态监测评价 将教育信息化相关工作纳入对政府履行教育职责督导评估和对学校的综合督导评估范围,提升各地区和各级各类学校发展教育信息化的效果、效率和效益,探索建立教育信息化发展水平动态监测和第三方评价机制。   福建省教育数字化战略行动三年实施方案重点项目清单 序号 重点项目 主要内容 1 福建教育专网 按照“统一规划、分级建设”原则,建设福建教育专网。建设省级主干网和9个设区市主节点,制定市(县、区)教育专网建设和接入标准;各市(县、区)、各高等学校按照标准推进本地区教育城域网、校园网建设并接入。到2025年,实现福建教育专网覆盖全省教育系统90%以上的各级各类学校,统一规划管理网络地址和域名,统一网络安全管理,依托专网推进全省教育系统IPv6规模化部署和应用。 2 福建智慧教育平台 按照国家智慧教育平台体系的整体建设要求,建设福建智慧教育平台,构建“1+4”平台体系,完善“福建中小学智慧教育平台”“福建职业教育智慧教育平台”“福建高等教育智慧教育平台”“福建24365 大学生就业创业服务平台”等功能模块。实现福建智慧教育平台向上接入国家智慧教育平台,向下联通市(县、区)、校智慧教育平台的五级联动、上下贯通。 3 福建教育治理平台 推进教育数据的统一规范建设和深度应用。加强教育信息系统深度整合和集约管理,鼓励地方教育行政部门和学校对接国家、省教育治理平台,开发特色应用服务,有效汇聚教育领域大数据,全面提升全省教育系统的数据治理、政务服务和协同监管能力。 4 福建省国家教育考试综合管理平台 按照国家教育考试综合管理平台体系的整体建设要求,建设福建省国家教育考试综合管理平台,构建全省统一的考点、考生等数据库,建立健全教育考试综合治理体系,实现对教育考试的全局统一指挥、全程分级管理、全域实时监控,实现五级联动,考生、试卷两大数据流的动态管理和各类考试管理指挥的一体化、可视化和即时化,切实提高教育考试管理与服务的专业化、规范化、精细化水平。 5 优质数字教育资源供给 着力建设以基础教育、职业教育、高等教育为“三横”、以德育、智育、体美劳育为“三纵”的优质课程,根据不同学段特点,推进“基础教育精品课”“职业教育在线精品课程”“高等教育线上一流课程”建设,针对性开发福建优质特色在线资源、专题教育资源、校本课程和其他特色资源,积极向上级智慧教育平台提供优质特色化课程资源。强化数字资源内容审核及产权评估。推动数字教育资源共建共享。 6 教师现代教育技术能力提升工程 构建以校为本、基于课堂、应用驱动、注重创新、精准测评的教师信息素养发展新机制,采用整校推进的混合研修模式,开展全省中小学教师信息技术应用能力提升全员培训。开展人工智能等新技术与教师队伍建设的融合试点,建设“人工智能+教师教育”综合实验实训平台。推进未来教师信息素养提升,支持师范院校建设未来教师信息素养实训基地,开展师范类专业的现代教育技术公共课程改革,提升师范生运用现代教育技术开展教育教学的实践和创新能力试点项目建设。加强示范引领,分年度遴选10个县(区)建设“省级智慧教育试点区”。 7 “数字学生”一体化 应用 建立政府、学校、专业机构和社会组织等多元主体参与的无感式、伴随式数据采集机制,通过点滴数据的汇聚与融合,运用人工智能、大数据、区块链等新一代信息技术,构建长周期、跨场域、多维度的学生成长档案,实现精准画出学生个人“数字画像”和群体“数字画像”的目标。 8 智慧教育创新试点示范 支持福州市“国家智慧教育示范区”建设。支持福州大学、华侨大学的工信部、教育部“5G+智慧教育”应用试点项目建设。加强示范引领,分年度遴选10个县(区)建设“省级智慧教育试点区”、100所学校建设“省级智慧校园试点校”(其中基础教育70所、本专科院校20所、中职学校10所)。

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