一种积木式高频电路实验箱的通用扩展模块的制作方法

本发明涉及教学教具、实验设备技术领域，具体而言，尤其涉及一种积木式高频电路实验箱的通用扩展模块。

背景技术：

高频电路实验箱是国内大部分高等院校开展高频电子线路实验的实验平台，高频电路实验箱几乎都采用模块化设计，通过积木式的插拔和组合开展单元电路实验或综合性实验，但都是验证性实验，学生只需要简单连接就可以通过测试来验证所学高频基本理论，这样无法激发学生主动学习的兴趣和动手的积极性，更无法达到培养学生实践能力、研究与创新能力的实验教学目标。

开展设计性实验是电子类所有课程的趋势。但是高校为了开展高频设计性实验就需要购置或研制新的高频设计性实验平台，成本投入往往也比较高，同时需要报废旧的设备，这样既不环保又是一种资源的浪费。

另外，市面上只有极少部分厂家的高频电路实验箱可以开展设计性实验，他们开放实验箱中部分模块的pcb电路板，提供配套电路元器件，学生只能在固定位置焊接指定的元器件，但该种方式pcb固定电路结构不可更改，设计受限制，只可以调整部分电路元器件的参数，主要锻炼的还是学生焊接调试的能力而非电路设计与实现的能力，因而也不利于提高学生的研究、探索和创新能力。

当然也有部分高校采用成本比较低廉的面包板来搭建高频单元电路的方式来开展设计性实验，但因高频电路受分布参数的影响极大以及面包板的插孔稳定性不足，导致开展难度大，可靠性低干扰大，效率极其低下。如果借助面包板来设计调幅发射、调幅接收、调频发射、调频接收等综合性系统就变得更加困难。因而被高校采用的也比较少。

技术实现要素：

根据上述提出高校无法开展或者无法很好开展高频电路设计性实验的技术问题，而提供一种积木式高频电路实验箱的通用拓展模块。本发明通用拓展模块成本低廉又可以充分利用旧资源，还可以单独使用。

本发明采用的技术手段如下：

一种积木式高频电路实验箱的通用扩展模块，包括通用拓展模块、积木式高频电路实验箱以及设置在所述积木式高频电路实验箱中的电路模块；所述通用拓展模块与积木式高频电路实验箱箱体之间通过连接件实现电性连接；

所述电路模块包括：模块一、模块二、模块三、模块四、模块五、模块六、模块七、模块八和模块九；

所述通用拓展模块包括双面印刷电路板、设置在所述双面印刷电路板上的电路设计区以及支撑隔离柱孔；所述电路设计区包括：

设置在所述电路设计区左右两端的既有实验箱电源输入区；

设置在所述电路设计区下方左侧的信号输入区；

设置在所述电路设计区下方右侧的信号输出区；

设置在所述信号输入区和信号输出区中间位置的外部电源输入区；

设置在所述信号输入区左侧的电源接入电路二；

设置在所述信号输出区右侧的电源接入电路一；

设置在所述电路设计区上侧的常用电源覆盖区；

设置在所述电路设计区下侧的非常用电源覆盖区；

学生在设计电路时，输入信号先连接到信号输入区，再由信号输入区连接到电路设计区位置，经过电路设计区的电路输出信号传送到信号输出区。

进一步地，所述电源接入电路一包括自锁开关s1、滤波电路一以及电源指示灯一；所述电源接入电路二包括自锁开关s2、滤波电路二以及电源指示灯二；所述既有实验箱电源输入区的电源通过自锁开关与滤波电路和电源指示灯相连接，为通用拓展模块提供与积木式高频电路实验箱相同的电源；所述外部电源输入区也与电源接入电路电性连接，所述自锁开关压下时既有实验箱电源输入区的电源接入，自锁开关不压下时由外部电源输入区接入的电源供电。

进一步地，所述外部电源输入区包括正电源(vcc)输入插孔、负电源(vee)输入插孔、电源二(vcc2)输入插孔和接地插孔。

进一步地，所述通用拓展模块只能选择由既有实验箱电源输入区和外部电源输入区中的一种方式来供电，所述电源指示灯指示拓展模块电源接通状态。

进一步地，所述常用电源覆盖区包括两个通道：vcc通道和gnd通道一；所述非常用电源覆盖区包括三个通道：vee通道、vcc2通道、gnd通道二；所述vcc通道、gnd通道一、vee通道、vcc2通道和gnd通道二都是一行相互连接的过孔，电压分别为vcc、gnd、vee、vcc2和gnd；经过所述电源接入电路一或二后的常用电源与常用电源覆盖区电性连接，非常用电源与非常用电源覆盖区电性连接；

进一步地，所述常用电源覆盖区的vcc通道和gnd通道一中，每3个过孔为一组，组内过孔之间间隔为2.54mm，每组过孔之间间隔为7.62mm，留出丝印提示字母的空间；在所述非常用电源覆盖区的vee通道、vcc2通道和gnd通道二中过孔与过孔之间间隔为2.54mm，两侧留出丝印提示字母的空间。

进一步地，所述电路设计区还包括：过孔矩阵a、过孔矩阵b和过孔矩阵c，所述过孔矩阵a和过孔矩阵b为m1行*n1列的过孔矩阵，过孔矩阵c为m2行*n2列的过孔矩阵，其中m1、n1、m2、n2都为正整数；

进一步地，所述过孔矩阵a、过孔矩阵b和过孔矩阵c之间相互绝缘，每个过孔矩阵中每列过孔相互导通，每行过孔之间相互绝缘。

进一步地，所述过孔矩阵a、过孔矩阵b以及过孔矩阵c的过孔上下列对齐，每个过孔矩阵中，每行过孔与过孔之间间隔为2.54mm，每列过孔与过孔之间间隔为2.54mm，所述过孔矩阵a和过孔矩阵b之间间隔为3.81mm，所述过孔矩阵b和过孔矩阵c之间间隔为7.62mm；

进一步地，所述信号输入区还包括输入模块和输入gnd模块；所述信号输出区还包括输出模块和输出gnd模块；所述输入模块、输入gnd模块、输出模块以及输出gnd模块还都包括m3行*n3列的过孔矩阵、测试端子和插孔三部分，所述三部分依次连接，过孔矩阵中过孔与过孔连接。

进一步地，所述通用拓展模块与积木式高频电路实验箱中的电路模块大小一致，可以由学生在通用拓展模块上所设计的电路模块来替换设置在所述积木式高频电路实验箱中的电路模块一到模块九之间的任何一个或几个模块。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、在复用旧资源的基础上，采用低成本的积木式高频电路实验箱的通用拓展模块就可以使只能开展验证性实验的实验箱变为可以开展综合设计性实验的实验平台，既环保又实用。既可以使用实验箱电源使得所设计模块与既有模块共电源共地提高稳定性，又可以使用外部电源供电方便独立开发验证或不依赖与实验箱使用(提供给没有购置过实验箱的学校使用)。

2、在通用拓展模块上，按照各个模块的技术指标要求，学生自行选择电路结构和实现方法来设计制作各单元电路模块，替换实验箱中相应模块，与其他既有模块级联成收信机或发信机来验证学生设计的模块在工程系统中的运行效果。在设计指标限定下，学生不能照搬书上的电路原理图，需要考虑性能，选择哪种电路结构，设计参数，与前后级模块级联时如何避免相互间干扰，如何设计稳定性高的电路，这样大大提高了学生电路设计与电路实现的能力。同时，既有实验箱就成为检验平台，各单元电路模块可以独立开发，单独检验，一个学生设计多个模块或多个学生各设计一个模块最后级联成综合性系统，联合调试，解决系统级问题，学生成就感倍增。可以支持高校开展不同学时数，不同形式的实验实践课(比如：课程实验、课程设计、多门课程融合的综合设计)。

3、通用拓展模块采用横纵结构，符合高频电路的构造。纵向导通横向绝缘的三段间隙式过孔布局，适用于各种直插式元器件(比如：芯片、三极管、中周等)，周围又有随时可以接入的电源和地，双面铺铜，方便学生灵活布局，减少布线难度，减少导线的焊接数量和长度，降低焊接难度，大大提高了电路稳定性和实验效率。可将元器件布局在正面，导线、引脚等焊接在背面，电路结构更为清晰、美观。

4、输入输出测试端子和测试孔便于测试，方便与其他模块的级联，支撑隔离柱方便学生焊接，通用拓展板功能块划分清晰，方便学生使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明积木式高频电路实验箱的通用拓展模块与积木式实验箱配合使用的示意图。

图2为本发明积木式高频电路实验箱的通用拓展模块的结构示意图。

图3为本发明电源接入电路一的电路图。

图4为本发明电源接入电路二的电路图。

图中：1、通用拓展模块；2、积木式高频电路实验箱；3、模块一；4、模块二；5、模块三；6、模块四；7、模块五；8、模块六；9、模块七；10、模块八；11、模块九；101、常用电源覆盖区；102、vcc通道；103、gnd通道一；104、过孔矩阵a；105、过孔矩阵b；106、过孔矩阵c；107、过孔；108、既有实验箱电源输入区；109、电源接入电路二；110、电源接入电路一；111、自锁开关s2；112、自锁开关s1；113、信号输入区；114、非常用电源覆盖区；115、外部电源输入区；116、信号输出区；117、输入模块；118、gnd模块；119、输出模块；120、过孔矩阵；121、测试端子；122、插孔；123、vee通道；124、vcc2通道；125、gnd通道二；126、正电源(vcc)输入插孔；127、负电源(vee)输入插孔；128、电源二(vcc2)输入插孔；129、接地插孔；130、支撑隔离柱孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种积木式高频电路实验箱的通用扩展模块，包括通用拓展模块1、积木式高频电路实验箱2以及设置在所述积木式高频电路实验箱中的电路模块；所述通用拓展模块1与积木式高频电路实验箱2箱体之间通过连接件实现电性连接；所述电路模块包括：模块一3、模块二4、模块三5、模块四6、模块五7、模块六8、模块七9、模块八10和模块九11；所述通用拓展模块1与积木式高频电路实验箱2中的电路模块大小一致，设置在所述积木式高频电路实验箱2中的电路模块可以由学生决定替换模块一3到模块九11之间的任何一个或几个模块。

如图2所示，通用拓展模块1包括双面印刷电路板、设置在所述双面印刷电路板上的电路设计区以及支撑隔离柱孔130；支撑隔离柱孔130便于学生插入隔离柱支撑电路板方便焊接电路。支撑隔离柱孔130的孔径为3.3mm(130mil)。所述电路设计区包括：设置在所述电路设计区左右两端的既有实验箱电源输入区108；既有实验箱电源输入区108通过连接件将既有实验箱的电源引入，一般高频电路实验箱提供的电源为1到3种。外部电源输入区115包括正电源(vcc)输入插孔126、负电源(vee)输入插孔127、电源二(vcc2)输入插孔128和接地插孔129。外部电源输入区115用于拓展模块单独使用时由外部设备提供几种所需直流电源。拓展模块只能选择由既有实验箱电源输入区108和外部电源输入区115中的一种方式来供电。设置在所述电路设计区下方左侧的信号输入区113；设置在所述电路设计区下方右侧的信号输出区116；设置在所述信号输入区113和信号输出区116中间位置的外部电源输入区115；外部电源输入区115的正电源(vcc)输入插孔126、负电源(vee)输入插孔127、电源二(vcc2)输入插孔128、接地插孔129和信号输入信号输出区的插孔122都采用a33-k2型。过孔107孔径为0.762mm(30mil)。几乎适用于布局各种常用的直插元器件。设置在所述信号输入区113左侧的电源接入电路二109；设置在所述信号输出区116右侧的电源接入电路一110；设置在所述电路设计区上侧的常用电源覆盖区101；设置在所述电路设计区下侧的非常用电源覆盖区114；常用电源覆盖区101包括两个通道：vcc通道102和gnd通道一103，常用电源覆盖区101的vcc通道102和gnd通道一103中，每3个过孔107为一组，组内过孔107之间间隔为2.54mm(100mil)，每组过孔107之间间隔为7.62mm(300mil)，留出丝印提示字母(vcc、gnd)的空间，学生设计电路连接电源时直观明了。非常用电源覆盖区114包括三个通道：vee通道123、vcc2通道124、gnd通道二125。非常用电源覆盖区114的vee通道123、vcc2通道124和gnd通道二125中过孔与过孔之间间隔为2.54mm(100mil)，两侧留出丝印提示字母(vee、vcc2、gnd)的空间，学生设计电路连接电源时直观明了。经过电源接入电路一110滤波后的vcc连接到vcc通道102，经过电源接入电路一110滤波后的vee连接到vee通道123，经过电源接入电路二109滤波后的vcc2连接到vcc2通道124。根据高频电路特点将使用频率高的电源(vcc通道102和gnd通道一103)设置在电路设计区的上方，将使用频率低的电源(vee通道123、vcc2通道124和gnd通道二125)置于电路设计区的下方，使电路设计区的每一个过孔都能方便地与电源和地连接，减少使用导线和降低导线长度，从而降低干扰提高电路可靠性。其中vcc通道102、gnd通道一103、vee通道123、vcc2通道124和gnd通道二125都是一行相互连接的过孔。

学生在设计电路时，输入信号先连接到信号输入区113，再由信号输入区113连接到电路设计区位置，经过电路设计区的电路输出信号传送到信号输出区116，输入输出清晰明了。信号输入区113包含输入模块117和gnd模块118。信号输出区116包含输出模块119和gnd模块118。输入模块117、gnd模块118和输出模块119都分别包含一个m3行*n3列的过孔矩阵120、测试端子121和插孔122三部分，这三部分彼此相连接，过孔矩阵120中过孔与过孔都相连。m3为3，n3为4。电路设计区还包括过孔矩阵a104、过孔矩阵b105、过孔矩阵c106。过孔矩阵a104、过孔矩阵b105和过孔矩阵c106这三个矩阵中的过孔107上下列对齐，使元器件布局和焊接变得美观整齐。每个矩阵中，每行过孔107和过孔107之间间隔为2.54mm(100mil)，每列过孔107和过孔107之间间隔为2.54mm(100mil)。过孔矩阵a104和过孔矩阵b105之间间隔为3.81mm(150mil)，即缺省一行过孔。过孔矩阵b105和过孔矩阵c106之间间隔为7.62mm(300mil)，即缺省两行过孔。方便芯片等元器件在过孔矩阵b105和过孔矩阵c106之间进行布局。过孔矩阵a104和过孔矩阵b105都为m1行*n1列的过孔矩阵，过孔矩阵c106为m2行*n2列的矩阵，其中m1、n1、m2、n2都为正整数。过孔矩阵之间相互绝缘，每个过孔矩阵中每列过孔相互导通，每行过孔之间相互绝缘。过孔矩阵行数m1、m2都为5，n为50。在这种模式的电路设计区进行电路设计时，可以大大减少导线的使用数量、降低学生焊接的复杂度以及调试的难度，提高实验效率。

如图3所示，电源接入电路一110，将来自既有实验箱电源输入区108的正电源vcc和负电源vee分别接到自锁开关s1112上，再分别经过rc滤波；外部电源输入区115的正电源(vcc)输入插孔126和负电源(vee)输入插孔127也分别与正电源vcc和负电源vee的rc滤波电路相连接。自锁开关s1112不接通时，如果正电源(vcc)输入插孔126接入了电源则电源指示灯ds1点亮，如果负电源(vee)输入插孔127接入了电源则电源指示灯ds2点亮，用来指示拓展模块由外部电源供电的状态。在正电源(vcc)输入插孔126和负电源(vee)输入插孔127未接入外部电源情况下，接通自锁开关s1112，既有实验箱电源输入区108有正电源则电源指示灯ds1点亮，有负电源则ds2的点亮。

如图4所示，电源接入电路二109，将来自既有实验箱电源输入区108的电源二接到自锁开关s2上，再经过rc滤波；外部电源输入区115的电源二(vcc2)输入插孔128也与rc滤波电路相连接。自锁开关s2111不接通时，如果电源二(vcc2)输入插孔128接入了电源，则电源指示灯ds3点亮。在电源二(vcc2)输入插孔128未接入外部电源情况下，接通自锁开关s2111，既有实验箱电源输入区108有电源二则电源指示灯ds3点亮。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。