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在電氣、電子、自動化、計算機等類型的專業中,模擬電子電路設計是基礎的技術課程,其理論知識較為抽象且電路的原理較為復雜,對于學生來說比較困難,教師也難以教好。本文提出將Pspice應用在模擬電子電路設計中,有了該軟件,就等于有了電路以及實驗室,完美地將理論與實踐結合,為教師和學生提供便利。
1 Pspice軟件概述
Pspice軟件由Schematics(電路模擬器)、Pspice(仿真軟件的數據處理器)、Probe(軟件的圖形后期處理器)、Stmed(產生信號的工具)、Parts(為器件建立模型的工具)和Pspice Optimizer(軟件的優化設置工具)等組成,能夠提供強大的電路圖繪制、電路模擬仿真、圖形后期處理等功能。
Pspice包括以下主要功能:直流特性分析,其中包囊直流靜態工作點分析、直流靈敏度分析、直流掃描分析以及直流小信號傳遞函數值分析;交流掃描分析,包括頻率特性分析和噪聲分析;瞬態特性分析;蒙特卡羅分析;溫度特性和參數掃描分析;最壞情況分析等。
在設計電子電路期間,以既定的功能及技術參數來制定設計方案,可以應用Pspice模擬和連接電路并檢測電路設計有無達到預期效果,也可以在計算機上對電路的結構和相關參數進行修改,不斷測試、觀察輸出的波形,直至達到設計要求,以便取得電路的最優技術指標,為電路設計的精準性評價提供便利。此外,還能夠分析容差、敏捷性、最壞狀況、溫度特性等,這些都是傳統的方法難以完成的,還能夠比較各種設計方案的優劣,方便選擇最優的方案,使電路設計最優化。
2 Pspice軟件的仿真實例
Pspice軟件在電子電路設計中的應用可以提高教學效率,仿真電路的步驟大致分為五步:第一,繪制電路圖;第二,分析電路的特性和仿真參數;第三,仿真測驗;第四,顯示仿真的結果;第五,分析并輸出相應的實驗結果。下面對Pspice軟件的仿真實例進行分析。
2.1 限幅電路的設計實驗
限幅電路的示意圖如圖1所示,二極管的型號為DIN4148,電阻為1kΩ,電源電壓為3伏特,當輸入電壓達到6sin wt的時候,電路要達到限制輸入電壓幅值的目的。
設置直流掃描分析以及瞬態分析,得出輸入電壓Ui以及輸出電壓U0的波形,如圖2所示,可見電路對輸入電壓幅值的限制效果。
在限幅電路的瞬態分析結果示意圖中可見(圖3),當輸入的電壓超出固定范圍時,超出的部分就會被截止,這樣就能使信號的電壓在一定的幅值內,防止電路受信號電壓的影響出現故障。
2.2 RC正弦振蕩電路設計實驗
RC振蕩電路在電子技術中得到廣泛應用,振蕩電路在自動進行振蕩的過程中,其達到平衡的條件所花費的時長極短,在課堂上,教師直接講授相關的理論會令學生難以在有限的課堂時間內理解并掌握,因為學生難以根據抽象的理論想象出波形。就此,將Pspice運用到其中,可以觀察出振蕩電路建立振蕩的過程以及振蕩器在穩定之后的波形,同時,可以改變電阻或電容,觀察其對振蕩電路會產生怎樣的影響,更加便捷、直觀地掌握振蕩電路的設計原理及運行原理。
3 總結
從上述的設計實驗中可知,在模擬電子電路設計中應用Pspice能夠使設計仿真的效果精準且直觀形象,為電子電路的設計提供極大便捷。Pspice是應用極廣的電路設計及分析軟件,具有繪制電路圖、模擬仿真電路、圖形后期處理等強大功能,在建立真實的電路之前,在該軟件上設計、繪制仿真電路,依據具體的需求來設置相應的參數,斷定電路設計是否科學、性能是否可靠、能否達到設計的要求、有無必要修改電路等,還可以對元件的變化會對電路造成怎樣的影響進行綜合評估,同時也能對一些電路的特性進行測量分析。總之,Pspice的應用能夠為電子電路的模擬仿真設計帶來很好的內外部條件,幫助設計者設計出最優電路,提高教師的教學效率和學生的掌握速率,從根本上減少成本支出,使電路設計最優化,提高電路性能的可靠性,是模擬電子電路設計中必不可少的仿真設計軟件。
參考文獻
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關鍵詞:電路與模擬電子技術;教學實踐;心得體會
作者簡介:王玉菡(1981-),女,河北衡水人,重慶理工大學電子信息與自動化學院,講師;楊奕(1970-),男,重慶人,重慶理工大學電子信息與自動化學院,副教授。(重慶400050)
基金項目:本文系重慶市教委高等教育改革重點項目(項目編號:112003)的研究成果。
中國分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)12-0091-02
“電路與模擬電子技術”是高等工業學校本科計算機及其應用專業和電子類相關專業必修的一門技術基礎課,是把“電路”和“模擬電路”兩門課程合成一門的課程,同時調整了教學要求,教學學時也相應進行了壓縮。課程的主要任務是通過講授電路理論和電路分析方法、電子電路的分析和初步設計方法,使學生獲得必要的電路分析和模擬電子技術的基本理論、基本方法和基本技能,了解電子技術發展的概況,初步掌握電子電路的分析、設計方法,為學習后續課程打下基礎。為提高教學質量,本文主要結合課堂教學實踐,闡述了筆者對教學方法改革的認識和一些具體做法。
一、“電路與模擬電子技術”教學中存在的難點分析
1.如何合理分配學時
“電路與模擬電子技術”課程分電路基礎和模擬電子技術兩部分,教材編寫通常是按80學時左右編寫,重慶理工大學選定的教材是由西安電子科技大學出版社出版,江曉安老師編寫的,本科教學理論學時數為64學時。如何針對僅有的學時,合理分配教學內容,使學生準確理解并掌握課程的內容,是本課程教學需解決的一大問題。
2.如何突出把握重點
“電路與模擬電子技術”課程內容多,要讓學生在短時間內掌握知識,就要求教師在講授課程過程中,突出重點內容,便于學生課下自學和復習。
3.如何緊跟時代步伐
“電路與模擬電子技術”課程教材體系滯后,不能夠與時俱進。在電子技術飛速發展的當今,現有教材沒有任何關于EWB仿真的內容,沒有把計算機輔助分析融合到教學中。
4.如何提高學生興趣
俗話說:興趣是最好的老師。就算是再難的課程,只要有興趣,肯堅持學習,就一定能學好。關鍵是如何調動學生的學習興趣?這就要求教師上課要靈活,不能上死課,要多聯系實際,把抽象問題具體化,把復雜問題簡單化,把理論問題生活化,給學生體會知識的機會,只有感同身受,才能印象深刻。
二、改進教學方法
1.綜合教學,化難為易,合理分配學時
課堂時間是短暫的,要在短時間內讓學生明白一些概念和問題就需要教師抓住所講內容的內在聯系,以點帶面,舉一反三,綜合運用相關的知識進行講解。因為這些知識點之間是有聯系的,通過多角度、多視角聯系和講授知識,可以使學生印象深刻,進而掌握知識點。經過筆者多次課程實踐教學發現學時數最好的分配是:電路部分24學時,模擬部分40學時。因為電路部分的內容,包括電路基本概念和定律以及電路的分析方法、電路的暫態分析以及正弦穩態電路分析,學習起來并不費力,很多內容學生在“大學物理”、“高等數學”、“復變函數”等課程中都有所接觸,是有基礎的,即使自學也可以很好的掌握。而模擬電路部分內容,由于涉及到微觀粒子的運動、特性曲線以及工程中的近似等效等內容,對學生來說比較生疏,需要多花時間慢慢講解,很多學生自學也是完全不懂得。因此實踐證明講授這門課程,采用“前緊后松”的教學節奏,要把前面的進度稍稍加快,進入模擬電路部分后,就要慢慢講授。
2.善于引導,因材施教,突出把握重點
教師在臺上固然是授課者,但是學生也不應只是被動接受者。授課是個交流的過程,教師要會講,善于講,善于觀察學生的反映,適時調動起學生的積極性。筆者在教學實踐過程中,講每一章內容時,都會先告訴學生本章的重點。并以“了解”、“理解”和“掌握”三個詞來區分一章內容的輕重。在講課的時候,只需了解的內容讓學生自學即可,重點講授需要理解和掌握的,突出重點,這樣學生學習起來就有了層次感。例如講授第六章放大電路分析基礎時,因為時間有限,通常只著重介紹三極管放大電路及其分析,場效應管放大電路的分析作為了解和自學的內容,這樣學生學習起來就會把主要精力放在三極管及其放大電路的學習上了。只要把三極管及其放大電路學習好了,就會運用同樣的分析方法去分析場效應管及其放大電路。
3.鼓勵學生,自己學習,建立良好課堂氣氛
由于課時有限,教師在教授過程中不可能面面俱到,所以適時安排一些內容自學,一方面可以更大限度地完成多一點的教學任務,另一方面也可以提高學生學習的積極性,變被動學習為主動學習,提高教學質量,是絕對的雙贏。例如在講第3章動態電路分析時,就只需要介紹電容元件的一階零輸入響應、零狀態響應以及全響應的求解過程,對于電感元件的類似電路就交由學生課下自學,讓學生上課講給大家聽,一個學生講完了,其余的學生還可以補充,大家一起學習,使得印象深刻,學習氣氛濃厚了,教學質量也就跟著提高了。
4.每章小結,重視作業,不斷深化知識
每章節的小結是為了回顧、總結這一章節的主要內容和知識重點,這樣做可以幫助學生掌握其內在聯系,理清所學知識的層次結構,形成知識框架;能夠促進學生掌握知識,總結規律,從總體上把握知識;能夠為學生下一步的學習架設橋梁,為下一節課做好鋪墊。所以說章節回顧在教學中有著舉足輕重的作用。對于教師,為了檢驗教學效果是否達到預期目的,為了強化和檢查學生對所學內容的理解、掌握程度,每當講解完一個新的知識點都應布置相應的習題,這也是對學生的一個督促。作為教師,也應該認真批閱學生的作業,分析作業的完成質量,進而了解學生理解的弱點,進行有針對性地備課準備,進一步改進自己的教學方法。
5.結合多媒體增加教學的直觀性和趣味性
多媒體課件在現在的教學中已經是不可缺少的了。“電路與模擬電子技術”作為一門重要專業技術基礎課,其特點是:理論性強,原理抽象,定理、定律、公式和概念多。如果只用傳統教學方法和手段,很難解決該課程中的“圖形、電路、圖表、原理圖、結構”等問題,必然導致知識傳授的枯燥無味,會使學生在學習過程中感覺困難,使學生積極性受挫,久而久之會使學生失去學習興趣,產生厭學情緒,不能按時完成教學任務,也難有好的教學效果。為此,除采用演示、實驗手段和語言鼓勵之外,還采用多媒體技術手段,通過新穎的、多樣的、生動有趣的畫面、圖像、聲音來展現教學內容,可增強課堂教學的形象性、生動性和趣味性,使學生激發起濃厚的學習興趣和積極性,產生強烈的求知欲望,加強教學效果。
6.增加EDA教學內容,與時俱進
EDA技術是指以計算機為工作平臺,融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術的最新成果,進行電子產品的自動設計。現今,EDA技術日益成熟,已滲透到電子系統和集成電路設計的各個環節。為了讓學生了解電子技術的新發展,了解現代電路設計方法,了解日益發展的電路設計技術,跟上時代的步伐,掌握最基本的EDA技術,特增加這一部分的內容,拿出一個課時專門介紹EDA技術基礎、EWB軟件、可編程模擬器件及應用,將計算機輔助分析融合到具體的教學內容中。
7.加強實踐教學,培養學生的動手能力
理論需聯系實際才會有意義,學生學習的最終目的也是學以致用。所以需要加強實踐教學,培養學生的動手能力,增加綜合實驗內容,將有內在聯系的實驗內容組合到一起,以加強綜合能力的培養;同時注意在訓練的過程上增加梯度,由淺入深,增加中大規模集成電路的實驗內容。隨著電子技術的發展,中大規模集成電路的應用越來越廣泛,如課堂上只講授器件基本原理,難以解決實際器件的使用問題。因此,在實驗中加強了這方面的訓練,其目的是使學生從看懂芯片管腳圖功能表,理解電路原理圖,一直到電路的實現,以培養解決實際問題的能力。
三、教學成效
在教學過程中,結合傳統的教學方法,適當的引入多媒體教學,極大地調動了學生的學習積極性,避免了學生學習過程中的枯燥感,加深了學生對知識的理解和掌握程度。教師的教學過程也改變了以前的只教不學的模式,以學生為主體,充分地發揮了他們的主觀能動性,從被教授到主動學習,同時也增進了師生之間的交流。各種綜合性的實驗項目,很好地將理論和實踐結合起來,加強了學生的動手能力。實踐證明,在學生的后續學習中,學生的積極性和主動性都有所增強,學習成績也得到明顯的提升。良好的學習習慣和扎實的基礎使他們有足夠的能力去主動學習他們感興趣的知識,參加各種電子設計大賽。這既培養了他們的綜合能力,也為以后的工作積累了一定的經驗。
四、總結
總的來說,教學中存在的問題,主要還是教師這個Leader,要帶領好學生,掌控好教學的節奏,做到張弛有度,讓學生感受到知識的重要性,自發的學習,而不是為了考試而學習。筆者在“電路與模擬電子技術”課程的教學中不斷總結和探索,實踐證明了通過以上改革可有效提高教學效果,激發學生的學習興趣。
參考文獻:
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關鍵詞 Multisim;EDA軟件;模擬電子線路
中圖分類號TP39 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2013)99-0214-02
進入21世紀信息技術取得了突飛猛進的發展,計算機的普及和應用程度越來越高,電類專業的在校生用EDA工具進行模擬實驗也越來越廣泛,現有的EDA工具有Multisim、Protel、 Max+plusII等等,Multisim憑借其友好的界面,功能強大和容易使用受到了電類專業技術人員的青睞。
0 引言
電子類課程有較強的實踐性,無論是電子線路課程還是單片機課程都有都需要學生在實驗實訓室進行大量的實驗和設計。傳統電子線路的分析、設計方法首先是根據指標要求設計電路及其元件的參數,在簡化電路的基礎上,對電路進行書面估算,然后,在實驗室搭建電路,使用儀器,儀表進行測試,驗證是否滿足指標要求;目前,為降低教學成本成本,提高學習效率,在進行教學和實踐時,往往并不直接在實驗室直接進行搭建,而是采用專用的計算機仿真軟件進行測試,測試通過,再行搭建和制作,隨著電子技術的高速發展,新電路,新器件的不斷涌現,現有的實驗實訓條件,好多無法滿足各種電路的設計和調試。
1 NI Multisim10.0簡介
Multisim 仿真軟件自問世以來,歷經了EWB5.0、Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9和NI Multisim10等版本的發展歷程。EWB5.0是加拿大IIT(Interactive Image Technologies)于20世紀80年代推出的頗具特色的電子仿真軟件。2005年以后,加拿大IIT公司已隸屬于美國國家儀器公司(National Instruments NI),NI公司于2006年初首次推出了Multisim9.0,翌年,NI公司又推出了NI Multisim10.0版本,該軟件不僅僅局限于電子電路的虛擬仿真,更是增加了單片機及LABVIEW虛擬儀器等的仿真應用。NI Multisim10.0軟件可以實現原理圖的捕獲,電路分析,電路仿真,仿真儀器的測試,射頻分析,單片機等高級應用。該軟件擁有數量眾多的數據庫,標準化的仿真儀器,直觀的捕獲界面,簡潔明了的操作,強大的分析測試、可靠的測試結果,由此,讓學生更加方便,有效的觀察實驗結果,節省了大量的時間,為教師的教學提供了極大的方便。本文就以NI Multisim10.0在模擬電子線路課程中具體實例來說明它的應用。
2 Multisim10.0在模擬電子線路中的應用
電子線路課程的主要內容包括放大電路,振蕩電路,濾波和穩壓電源電路等。單管共射放大電路是針對正弦小信號的放大電路,是電子線路的基礎。放大電路要實現不失真放大,必須設置合適的靜態工作點,電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻是分析放大電路的核心指標。
本文以單管共射放大電路為例,介紹Multisim10.0在模擬電子線路中的典型應用。
其次,電壓放大倍數的測量。輸入信號V1給定幅度為10mV,頻率為1kHz的正弦信號,在圖1中接上2通道示波器,其中通道1接輸入端(節點2),通道2接輸出端(節點7),連接完畢之后,點擊運行,雙擊示波器圖標,彈出示波器觀察窗口,設置合適的時間刻度(Timebase/Scale)及幅度量程(Channel A/Scale和Channel B/Scale),輸入輸出波形如圖2所示。
由圖2所示結果可以看出,輸出無失真,在T=6.261s處電壓放大倍數 ,輸出和輸入相位相反,幅度實現無失真的放大。最后,進行輸入電阻和輸出電阻的測量。
在單管共射放大電路(圖1)的輸入回路中接入電壓表和電流表即在節點2和節點8之間接一電流表,在節點 2和節點0處并接一電壓表,如圖4虛線框以外電路所示。
注意,輸入電阻的測量必須要有合適的靜態工作點,故這里直流電源要保留,但是,務必將電壓表和電流表切換至交流檔位,單擊仿真開關,示數直接顯現在電壓表和電流表的顯示區,,計算得,由此可見,共射放大電路的輸入電阻相較來說比較大。
輸出電阻的測量,在此,輸出電阻采用外接激勵的方法。具體做法為:在圖3中將輸入信號源V1置0(即短接),負載RL開路,在輸出端(節點7處)接電壓源,并在此回路中串接一電流表,并接一電壓表在電源處,輸出電阻的測量參考圖3所示。
點擊仿真開關,即得,,由測量結果計算可得,輸出電阻,該分析結果和理論結果基本一致,驗證了單管共射放大電路的輸出電阻較大。
注,這里測量的輸出電阻也是交流的,必須有合適的靜態工作點,并且電流表和電壓表要設置為交流檔位。
3 結論
通過以上實例可以看出,采用Multisim軟件進行教學,就是將實實在在的實驗室搬到了虛擬的實驗室,講解理論的同時,還可以進行上機演示,功能強大,器件齊全,理論和實踐相結合,這樣既節省了教學資源,又可以方便快捷的得到實驗結果,可以幫助學生更加深入的理解電路,增強分析問題的能力,大大提高了實驗效率,對傳統教學是一個極大的創新和改進。
參考文獻
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電子無論是在國際上,還是在國內,都是發展的重點。無論從娛樂、生活、教育還是科技,電子產品都是人類必不可少的一部分。同時,人們對電子產品的要求越來越高,越來越智能化。培養一部分具有高素質高技能的電子專業人才,不僅是職業學校的培養目標,更是社會市場經濟對職業學校提出的要求和任務!
一、問題的提出
電子專業是我校重點專業之一,在校領導的帶領下,專業教師認真地投入到電子專業的改革浪潮中去。教學質量有了提高,課堂設計有了改善,基本做到以學生為本。我對本校電子部電子專業高二年級的中職學生進行了調查,目的是了解各個學生在課程改革中的技能收獲和專業能力情況。從側面調研專業改革的力度和方向。結果發現:高二學生對電子專業的學習興趣不濃厚,實踐范圍小,空間狹隘,嚴重約束了學生的實踐欲望。
二、研究對象與方法
1.對象
我對2010年秋季進入高淳中等專業學校電子部電子電工專業的47位中職學生進行了調查。由于學校沒有其他平行班級,所以就選擇了一個班級。
2.方法
這個班級是電子部高二年級中職電子專業重點班級,著重于就業培訓,直接服務于企業。學校為這班提供了專業教師,開展了一系列的教改活動。在此情況下,我采用了問卷調查。問卷共有14道題目。本次調查發放調查問卷47份,收回有效調查問卷46份,有效回收率97.9%。
三、研究結果與分析
1.結果
(1)學生對電子專業的興趣不濃
經調查,發現有87%的學生對電子專業的態度是“一般”,“很喜歡”電子專業的學生只有10.9%,“不清楚”的學生有2.2%,“討厭”的為0%。這些學生雖然經過一年半的專業學習,但他們對待專業的態度較淡,談不上喜歡,積極性不夠高,還需興趣性的引導。
學生身邊的電子產品,種類繁多,如電視機、洗衣機、收音機、手機、MP3或MP4、電子詞典、電飯鍋、電冰箱、電風扇、空調、電腦、電動車、電子手表或電子鐘等等。有87%的學生身邊的電子產品達到“10種或10種以上”,有8.7%的學生身邊有“4~6種”電子產品。但是在產品出現故障時,如常用的電飯鍋出現故障時,還沒有一位學生能完全自己修理,有17.4%的學生直接把家電送到維修店去修理,有56.5%的學生不知如何下手,有26.1%的學生是主動學著修理。成就感往往是培養興趣的最好方法,但是現實生活中的實踐機會卻很少有學生能夠把握住。這也存在一定的原因:我校學生使用的儀表和工具完全由學校提供,學生回家后沒有檢修工具,無法進行一定的測試和維修,在一定程度上減少了實踐的機會,更體會不到維修成功后的喜悅。
(2)實踐課程的增多提高了學生的動手能力
與課改之前相比較,學生進入實驗室學習的機會增多,實習時間長。據調查情況看,有50%的學生認為“有所提高”,有43.5%的學生認為“有很大的提高”,有4.3%的學生“不知道自己的技能是否提高”。由此可見,有93.5%的學生認為自己的技能得到提高。這說明,實踐課程的增設,是有利于提高學生技能水平的。在上級領導的支持和關心下,學校這兩年一邊進行課改,一邊進行硬件的建設。我校電子專業學生打破了在市級比賽中無名次的歷史。在本班級有6.5%的學生獲得南京市比賽名次。這是課程改革給學校帶來的榮譽,也是專業教師辛勤勞動的成果。
(3)實踐教學還需深入研究
實踐教學已經取得一定的成績,但我們還需更進一步加強對學生的有效引導,做到將理論與實踐相結合,把知識運用到日常生活中去,激發學生的學習樂趣。我設想,將學生的小制作包裝成小產品投放到市場,學生會以什么樣的態度去面對課堂?
99.6%的學生回答:“認真對待。”這樣做一方面肯定了學生的成績,給學生信心,另一方面讓學生感受到一種責任。這還有待以后在教學中進行實踐。大量的課堂實踐教學是直接提高學生技術能力的一個因素,因此我們在今后的教學環節中要常用,合理安排好理論學習與實踐之間的邏輯關系,做到真正的理論與實踐相輔相成。
2.分析
學生是教學的對象,更是學習的主體,在專業教學中,教師一定要引導學生經歷有疑、釋疑,自主參與、自主探究的學習過程,只有這樣學生才能完成知識的內化,學生才能善學樂學,才能孕育創新能力,點燃學生的創造火花。電子專業與現實生活緊密聯系,學生對電子產品充滿了樂趣。如何構建一座橋梁架通實驗室與實際生活,拓寬學生的實踐空間呢?通過教學改革,教學質量確實得到了提高,學生和教師的發展及成績,就是對目前教學的肯定。本班級有3人在南京市舉辦的電子制作比賽中獲得三等獎。
【關鍵詞】 虛擬技術考核問題培養
一、摒棄實驗箱,自己焊接電路
實踐證明,實驗課上現成的模擬電子實驗箱降低了學生的求知欲,在模擬電路的課堂上學生們最想干的就是自己焊接、測試,從中獲取成就感,增加學習興趣。而在實際的實驗過程中,學生的動手能力是不同的,這樣可以安排分組學習,并且循環安排兩組學生在老師的幫助下提前完成,接下來幫助其他同學完成實驗。也可以分層次進行教學,每次實驗課的設計分為基本實驗和附加部分,附加部分的實驗可以滿足動手能力強或感興趣同學的求知欲,并增強他們的動手能力。
二、用虛擬仿真技術
虛擬技術是近年發展起來的,利用計算機模仿實驗的技術。電子線路模擬實驗室利用計算機構造一個實驗模擬環境,通過電路的構立和對數據與電路功能的分析,達到實驗效果和目的的一種新的實驗方法。EDA技術是一種以計算機位基本工作平臺,以高級語言描述具有系統級仿真和綜合能力的軟件工具。軟件有多種,其中Mulyisim是較常見的電子技術和實訓工具。通常工具軟件的元器件庫儲存有許多大公司的晶體管阻容元件,集成電路和數據門電路芯片等元器件,儀器庫則有萬用表,示波器信號發生器,掃頻儀,邏輯分析儀,信號發生器,邏輯轉換的儀器接通開關就可以進行和實無實驗一樣的測試分析。但這類軟件的缺點是原件均是一心好實現的,以實物實驗差別很大。我們所完成的多媒體電子技術實驗系統軟件突出優點是:元件機儀表均以實物的形式重現,直觀性強,可操作性強。虛擬技術的發展使電子線路的分析設計過程得以在計算上輕松、準確、快捷的完成。這樣,一方面克服了實驗室在元器件和規格上的限制,避免了損壞儀器等不利因素,另一方面使得實驗不受時間及空間的限制,從而促進電子線路實驗教學的現代化。
1、實行虛擬實驗的必要性
電子線路是一門較為抽象的理論型課程。在學習電路理論時必須理論聯系實際,抓好教學中的實驗環節,讓學生能根據自己的實際情況,結合教師的教學要求進行實驗操作,驗證所學到的電路原理。但是,學生在實驗中出現的種種現象又不盡人意,暴露了傳統實物實驗的一些固有缺陷。
例如:(1)學生不熟悉電路連接,還沒有掌握好錫焊技術,所以連接電路時極易出錯。(2)電路連接錯誤,易造成電子元器件及測試儀器的損壞。學生不熟悉儀器操作也是造成儀器容易損壞的原因。(3)學生不能根據自己的學習進度安排實驗時間,更不能像做家庭作業一樣在課余時間進行練習。有限的教學時數與學生技能的提高矛盾突出。(4)實驗的元器件離散性大,環境變化引起的溫漂、干擾等因素會造成實驗數據的偏差。(5)傳統的電子技術實驗是以實物為主的,設備易磨損老化,需要定期更新;教學實驗室的設備配置與教學大綱的教學要求相對應,隨著教學要求的提高及電子技術的飛速發展,實驗設備的技術水平也不斷提高,數量也要有所增加,這要消耗我們有限的教學經費。
EDA技術恰好能夠彌補實驗的不足。它的優點是:(1)在計算機上即可完成和實現電路的電氣連接,檢測電路的電性能。例如,顯示檢測點的電壓電流波形及對電路進行直流分析、交流分析、瞬態分析、傅立葉分析等多種分析,及時獲得實驗結果。(2)評估元器件參數變化(包括故障)對電路造成的影響。分析一些較難測量的電路特性,如進行噪聲(Noise)、頻譜(Fourier)、器件靈敏度(Sensitivity)、溫度特性(Temperature)分析等。(3)可以在短暫的實驗時間里快速完成較復雜的電路連接、測試工作。(4)可以很容易地實現對學生的量化評估。
三、完成必要的驗證性實驗和綜合設計實驗
由于我們的課時有限,我們可以挑出典型的驗證性實驗,如共射級放大電路、射極跟隨器等讓學生親自焊接后測量,其余有必要的驗證性實驗可以留為課后作業,開放實驗室讓學生自己完成。要提高學生的動手能力,就必須設計綜合性實用電路來增強學生的實際動手能力和自學能力。為了引發學生的興趣和成就感,最好安排一個平時能夠用的電路,如音頻放大器或充電器的制作,在此過程中側重電路的焊接、測試和調試能力的鍛煉。
四、 教材實驗內容豐富
教材實驗內容豐富,且遵從循序漸進的原則。基礎部分以二極管、三極管、電阻、電容的測試開始,配以常用儀器練習,讓學生逐步對電子元器件及其測試方法有一定的了解,并掌握實驗中常用電子儀器的使用和測量方法;之后通過基本放大電路、組合放大電路、場效應管放大電路、功率放大電路等各種不同的電路組態的實驗,使學生掌握和熟練運用各種單元放大電路;再以集成運放為核心的集成運放參數測試、算術運算電路、比較電路和低通、高通、帶通、帶阻電路來加深學生對集成電路的實驗和設計能力;最后通過LC、RC正弦波發生器電路實驗和非正弦波發生器電路轉換實驗讓學生對反饋和波形的產生有進一步認識,并通過AM、FM調制和解調電路實驗,來加強學生對通信電路原理的理解。書中每一個實驗都包含實驗目的、實驗原理、實驗內容和實驗報告要求,旨在不僅要教會學生怎樣去做,而且要使學生弄懂為什么這樣去做,并啟發學生進行思考。
五、實驗的考核