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在电气、电子、自动化、计算机等类型的专业中,模拟电子电路设计是基础的技术课程,其理论知识较为抽象且电路的原理较为复杂,对于学生来说比较困难,教师也难以教好。本文提出将Pspice应用在模拟电子电路设计中,有了该软件,就等于有了电路以及实验室,完美地将理论与实践结合,为教师和学生提供便利。
1 Pspice软件概述
Pspice软件由Schematics(电路模拟器)、Pspice(仿真软件的数据处理器)、Probe(软件的图形后期处理器)、Stmed(产生信号的工具)、Parts(为器件建立模型的工具)和Pspice Optimizer(软件的优化设置工具)等组成,能够提供强大的电路图绘制、电路模拟仿真、图形后期处理等功能。
Pspice包括以下主要功能:直流特性分析,其中包囊直流静态工作点分析、直流灵敏度分析、直流扫描分析以及直流小信号传递函数值分析;交流扫描分析,包括频率特性分析和噪声分析;瞬态特性分析;蒙特卡罗分析;温度特性和参数扫描分析;最坏情况分析等。
在设计电子电路期间,以既定的功能及技术参数来制定设计方案,可以应用Pspice模拟和连接电路并检测电路设计有无达到预期效果,也可以在计算机上对电路的结构和相关参数进行修改,不断测试、观察输出的波形,直至达到设计要求,以便取得电路的最优技术指标,为电路设计的精准性评价提供便利。此外,还能够分析容差、敏捷性、最坏状况、温度特性等,这些都是传统的方法难以完成的,还能够比较各种设计方案的优劣,方便选择最优的方案,使电路设计最优化。
2 Pspice软件的仿真实例
Pspice软件在电子电路设计中的应用可以提高教学效率,仿真电路的步骤大致分为五步:第一,绘制电路图;第二,分析电路的特性和仿真参数;第三,仿真测验;第四,显示仿真的结果;第五,分析并输出相应的实验结果。下面对Pspice软件的仿真实例进行分析。
2.1 限幅电路的设计实验
限幅电路的示意图如图1所示,二极管的型号为DIN4148,电阻为1kΩ,电源电压为3伏特,当输入电压达到6sin wt的时候,电路要达到限制输入电压幅值的目的。
设置直流扫描分析以及瞬态分析,得出输入电压Ui以及输出电压U0的波形,如图2所示,可见电路对输入电压幅值的限制效果。
在限幅电路的瞬态分析结果示意图中可见(图3),当输入的电压超出固定范围时,超出的部分就会被截止,这样就能使信号的电压在一定的幅值内,防止电路受信号电压的影响出现故障。
2.2 RC正弦振荡电路设计实验
RC振荡电路在电子技术中得到广泛应用,振荡电路在自动进行振荡的过程中,其达到平衡的条件所花费的时长极短,在课堂上,教师直接讲授相关的理论会令学生难以在有限的课堂时间内理解并掌握,因为学生难以根据抽象的理论想象出波形。就此,将Pspice运用到其中,可以观察出振荡电路建立振荡的过程以及振荡器在稳定之后的波形,同时,可以改变电阻或电容,观察其对振荡电路会产生怎样的影响,更加便捷、直观地掌握振荡电路的设计原理及运行原理。
3 总结
从上述的设计实验中可知,在模拟电子电路设计中应用Pspice能够使设计仿真的效果精准且直观形象,为电子电路的设计提供极大便捷。Pspice是应用极广的电路设计及分析软件,具有绘制电路图、模拟仿真电路、图形后期处理等强大功能,在建立真实的电路之前,在该软件上设计、绘制仿真电路,依据具体的需求来设置相应的参数,断定电路设计是否科学、性能是否可靠、能否达到设计的要求、有无必要修改电路等,还可以对元件的变化会对电路造成怎样的影响进行综合评估,同时也能对一些电路的特性进行测量分析。总之,Pspice的应用能够为电子电路的模拟仿真设计带来很好的内外部条件,帮助设计者设计出最优电路,提高教师的教学效率和学生的掌握速率,从根本上减少成本支出,使电路设计最优化,提高电路性能的可靠性,是模拟电子电路设计中必不可少的仿真设计软件。
参考文献
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[3]段天睿,滕照宇,姚勇,李兴红.柔性线路板串扰Pspice仿真分析及应用[J].安全与电磁兼容,2009(05).
[4]宋国民,王宁,张爱云,周维.Pspice仿真平台在共轨ECU设计中的应用[J]. 现代车用动力,2009(03)
[5]周润景,张丽娜,王志军.Pspice 电子电路设计与分析[M].北京: 机械工业出版社,2011
关键词:电路与模拟电子技术;教学实践;心得体会
作者简介:王玉菡(1981-),女,河北衡水人,重庆理工大学电子信息与自动化学院,讲师;杨奕(1970-),男,重庆人,重庆理工大学电子信息与自动化学院,副教授。(重庆400050)
基金项目:本文系重庆市教委高等教育改革重点项目(项目编号:112003)的研究成果。
中国分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)12-0091-02
“电路与模拟电子技术”是高等工业学校本科计算机及其应用专业和电子类相关专业必修的一门技术基础课,是把“电路”和“模拟电路”两门课程合成一门的课程,同时调整了教学要求,教学学时也相应进行了压缩。课程的主要任务是通过讲授电路理论和电路分析方法、电子电路的分析和初步设计方法,使学生获得必要的电路分析和模拟电子技术的基本理论、基本方法和基本技能,了解电子技术发展的概况,初步掌握电子电路的分析、设计方法,为学习后续课程打下基础。为提高教学质量,本文主要结合课堂教学实践,阐述了笔者对教学方法改革的认识和一些具体做法。
一、“电路与模拟电子技术”教学中存在的难点分析
1.如何合理分配学时
“电路与模拟电子技术”课程分电路基础和模拟电子技术两部分,教材编写通常是按80学时左右编写,重庆理工大学选定的教材是由西安电子科技大学出版社出版,江晓安老师编写的,本科教学理论学时数为64学时。如何针对仅有的学时,合理分配教学内容,使学生准确理解并掌握课程的内容,是本课程教学需解决的一大问题。
2.如何突出把握重点
“电路与模拟电子技术”课程内容多,要让学生在短时间内掌握知识,就要求教师在讲授课程过程中,突出重点内容,便于学生课下自学和复习。
3.如何紧跟时代步伐
“电路与模拟电子技术”课程教材体系滞后,不能够与时俱进。在电子技术飞速发展的当今,现有教材没有任何关于EWB仿真的内容,没有把计算机辅助分析融合到教学中。
4.如何提高学生兴趣
俗话说:兴趣是最好的老师。就算是再难的课程,只要有兴趣,肯坚持学习,就一定能学好。关键是如何调动学生的学习兴趣?这就要求教师上课要灵活,不能上死课,要多联系实际,把抽象问题具体化,把复杂问题简单化,把理论问题生活化,给学生体会知识的机会,只有感同身受,才能印象深刻。
二、改进教学方法
1.综合教学,化难为易,合理分配学时
课堂时间是短暂的,要在短时间内让学生明白一些概念和问题就需要教师抓住所讲内容的内在联系,以点带面,举一反三,综合运用相关的知识进行讲解。因为这些知识点之间是有联系的,通过多角度、多视角联系和讲授知识,可以使学生印象深刻,进而掌握知识点。经过笔者多次课程实践教学发现学时数最好的分配是:电路部分24学时,模拟部分40学时。因为电路部分的内容,包括电路基本概念和定律以及电路的分析方法、电路的暂态分析以及正弦稳态电路分析,学习起来并不费力,很多内容学生在“大学物理”、“高等数学”、“复变函数”等课程中都有所接触,是有基础的,即使自学也可以很好的掌握。而模拟电路部分内容,由于涉及到微观粒子的运动、特性曲线以及工程中的近似等效等内容,对学生来说比较生疏,需要多花时间慢慢讲解,很多学生自学也是完全不懂得。因此实践证明讲授这门课程,采用“前紧后松”的教学节奏,要把前面的进度稍稍加快,进入模拟电路部分后,就要慢慢讲授。
2.善于引导,因材施教,突出把握重点
教师在台上固然是授课者,但是学生也不应只是被动接受者。授课是个交流的过程,教师要会讲,善于讲,善于观察学生的反映,适时调动起学生的积极性。笔者在教学实践过程中,讲每一章内容时,都会先告诉学生本章的重点。并以“了解”、“理解”和“掌握”三个词来区分一章内容的轻重。在讲课的时候,只需了解的内容让学生自学即可,重点讲授需要理解和掌握的,突出重点,这样学生学习起来就有了层次感。例如讲授第六章放大电路分析基础时,因为时间有限,通常只着重介绍三极管放大电路及其分析,场效应管放大电路的分析作为了解和自学的内容,这样学生学习起来就会把主要精力放在三极管及其放大电路的学习上了。只要把三极管及其放大电路学习好了,就会运用同样的分析方法去分析场效应管及其放大电路。
3.鼓励学生,自己学习,建立良好课堂气氛
由于课时有限,教师在教授过程中不可能面面俱到,所以适时安排一些内容自学,一方面可以更大限度地完成多一点的教学任务,另一方面也可以提高学生学习的积极性,变被动学习为主动学习,提高教学质量,是绝对的双赢。例如在讲第3章动态电路分析时,就只需要介绍电容元件的一阶零输入响应、零状态响应以及全响应的求解过程,对于电感元件的类似电路就交由学生课下自学,让学生上课讲给大家听,一个学生讲完了,其余的学生还可以补充,大家一起学习,使得印象深刻,学习气氛浓厚了,教学质量也就跟着提高了。
4.每章小结,重视作业,不断深化知识
每章节的小结是为了回顾、总结这一章节的主要内容和知识重点,这样做可以帮助学生掌握其内在联系,理清所学知识的层次结构,形成知识框架;能够促进学生掌握知识,总结规律,从总体上把握知识;能够为学生下一步的学习架设桥梁,为下一节课做好铺垫。所以说章节回顾在教学中有着举足轻重的作用。对于教师,为了检验教学效果是否达到预期目的,为了强化和检查学生对所学内容的理解、掌握程度,每当讲解完一个新的知识点都应布置相应的习题,这也是对学生的一个督促。作为教师,也应该认真批阅学生的作业,分析作业的完成质量,进而了解学生理解的弱点,进行有针对性地备课准备,进一步改进自己的教学方法。
5.结合多媒体增加教学的直观性和趣味性
多媒体课件在现在的教学中已经是不可缺少的了。“电路与模拟电子技术”作为一门重要专业技术基础课,其特点是:理论性强,原理抽象,定理、定律、公式和概念多。如果只用传统教学方法和手段,很难解决该课程中的“图形、电路、图表、原理图、结构”等问题,必然导致知识传授的枯燥无味,会使学生在学习过程中感觉困难,使学生积极性受挫,久而久之会使学生失去学习兴趣,产生厌学情绪,不能按时完成教学任务,也难有好的教学效果。为此,除采用演示、实验手段和语言鼓励之外,还采用多媒体技术手段,通过新颖的、多样的、生动有趣的画面、图像、声音来展现教学内容,可增强课堂教学的形象性、生动性和趣味性,使学生激发起浓厚的学习兴趣和积极性,产生强烈的求知欲望,加强教学效果。
6.增加EDA教学内容,与时俱进
EDA技术是指以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果,进行电子产品的自动设计。现今,EDA技术日益成熟,已渗透到电子系统和集成电路设计的各个环节。为了让学生了解电子技术的新发展,了解现代电路设计方法,了解日益发展的电路设计技术,跟上时代的步伐,掌握最基本的EDA技术,特增加这一部分的内容,拿出一个课时专门介绍EDA技术基础、EWB软件、可编程模拟器件及应用,将计算机辅助分析融合到具体的教学内容中。
7.加强实践教学,培养学生的动手能力
理论需联系实际才会有意义,学生学习的最终目的也是学以致用。所以需要加强实践教学,培养学生的动手能力,增加综合实验内容,将有内在联系的实验内容组合到一起,以加强综合能力的培养;同时注意在训练的过程上增加梯度,由浅入深,增加中大规模集成电路的实验内容。随着电子技术的发展,中大规模集成电路的应用越来越广泛,如课堂上只讲授器件基本原理,难以解决实际器件的使用问题。因此,在实验中加强了这方面的训练,其目的是使学生从看懂芯片管脚图功能表,理解电路原理图,一直到电路的实现,以培养解决实际问题的能力。
三、教学成效
在教学过程中,结合传统的教学方法,适当的引入多媒体教学,极大地调动了学生的学习积极性,避免了学生学习过程中的枯燥感,加深了学生对知识的理解和掌握程度。教师的教学过程也改变了以前的只教不学的模式,以学生为主体,充分地发挥了他们的主观能动性,从被教授到主动学习,同时也增进了师生之间的交流。各种综合性的实验项目,很好地将理论和实践结合起来,加强了学生的动手能力。实践证明,在学生的后续学习中,学生的积极性和主动性都有所增强,学习成绩也得到明显的提升。良好的学习习惯和扎实的基础使他们有足够的能力去主动学习他们感兴趣的知识,参加各种电子设计大赛。这既培养了他们的综合能力,也为以后的工作积累了一定的经验。
四、总结
总的来说,教学中存在的问题,主要还是教师这个Leader,要带领好学生,掌控好教学的节奏,做到张弛有度,让学生感受到知识的重要性,自发的学习,而不是为了考试而学习。笔者在“电路与模拟电子技术”课程的教学中不断总结和探索,实践证明了通过以上改革可有效提高教学效果,激发学生的学习兴趣。
参考文献:
[1]高玉良.电路与模拟电子技术课程教学改革的实践[J].长江大学学报,2008,(3).
[2]李心广,王金矿,马文华,等.计算机专业《电路与电子技术基础》课程教学改革研究与实践[J].湘潭师范学院学报,2008,(2).
关键词 Multisim;EDA软件;模拟电子线路
中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2013)99-0214-02
进入21世纪信息技术取得了突飞猛进的发展,计算机的普及和应用程度越来越高,电类专业的在校生用EDA工具进行模拟实验也越来越广泛,现有的EDA工具有Multisim、Protel、 Max+plusII等等,Multisim凭借其友好的界面,功能强大和容易使用受到了电类专业技术人员的青睐。
0 引言
电子类课程有较强的实践性,无论是电子线路课程还是单片机课程都有都需要学生在实验实训室进行大量的实验和设计。传统电子线路的分析、设计方法首先是根据指标要求设计电路及其元件的参数,在简化电路的基础上,对电路进行书面估算,然后,在实验室搭建电路,使用仪器,仪表进行测试,验证是否满足指标要求;目前,为降低教学成本成本,提高学习效率,在进行教学和实践时,往往并不直接在实验室直接进行搭建,而是采用专用的计算机仿真软件进行测试,测试通过,再行搭建和制作,随着电子技术的高速发展,新电路,新器件的不断涌现,现有的实验实训条件,好多无法满足各种电路的设计和调试。
1 NI Multisim10.0简介
Multisim 仿真软件自问世以来,历经了EWB5.0、Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9和NI Multisim10等版本的发展历程。EWB5.0是加拿大IIT(Interactive Image Technologies)于20世纪80年代推出的颇具特色的电子仿真软件。2005年以后,加拿大IIT公司已隶属于美国国家仪器公司(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,该软件不仅仅局限于电子电路的虚拟仿真,更是增加了单片机及LABVIEW虚拟仪器等的仿真应用。NI Multisim10.0软件可以实现原理图的捕获,电路分析,电路仿真,仿真仪器的测试,射频分析,单片机等高级应用。该软件拥有数量众多的数据库,标准化的仿真仪器,直观的捕获界面,简洁明了的操作,强大的分析测试、可靠的测试结果,由此,让学生更加方便,有效的观察实验结果,节省了大量的时间,为教师的教学提供了极大的方便。本文就以NI Multisim10.0在模拟电子线路课程中具体实例来说明它的应用。
2 Multisim10.0在模拟电子线路中的应用
电子线路课程的主要内容包括放大电路,振荡电路,滤波和稳压电源电路等。单管共射放大电路是针对正弦小信号的放大电路,是电子线路的基础。放大电路要实现不失真放大,必须设置合适的静态工作点,电压放大倍数、输入电阻和输出电阻是分析放大电路的核心指标。
本文以单管共射放大电路为例,介绍Multisim10.0在模拟电子线路中的典型应用。
其次,电压放大倍数的测量。输入信号V1给定幅度为10mV,频率为1kHz的正弦信号,在图1中接上2通道示波器,其中通道1接输入端(节点2),通道2接输出端(节点7),连接完毕之后,点击运行,双击示波器图标,弹出示波器观察窗口,设置合适的时间刻度(Timebase/Scale)及幅度量程(Channel A/Scale和Channel B/Scale),输入输出波形如图2所示。
由图2所示结果可以看出,输出无失真,在T=6.261s处电压放大倍数 ,输出和输入相位相反,幅度实现无失真的放大。最后,进行输入电阻和输出电阻的测量。
在单管共射放大电路(图1)的输入回路中接入电压表和电流表即在节点2和节点8之间接一电流表,在节点 2和节点0处并接一电压表,如图4虚线框以外电路所示。
注意,输入电阻的测量必须要有合适的静态工作点,故这里直流电源要保留,但是,务必将电压表和电流表切换至交流档位,单击仿真开关,示数直接显现在电压表和电流表的显示区,,计算得,由此可见,共射放大电路的输入电阻相较来说比较大。
输出电阻的测量,在此,输出电阻采用外接激励的方法。具体做法为:在图3中将输入信号源V1置0(即短接),负载RL开路,在输出端(节点7处)接电压源,并在此回路中串接一电流表,并接一电压表在电源处,输出电阻的测量参考图3所示。
点击仿真开关,即得,,由测量结果计算可得,输出电阻,该分析结果和理论结果基本一致,验证了单管共射放大电路的输出电阻较大。
注,这里测量的输出电阻也是交流的,必须有合适的静态工作点,并且电流表和电压表要设置为交流档位。
3 结论
通过以上实例可以看出,采用Multisim软件进行教学,就是将实实在在的实验室搬到了虚拟的实验室,讲解理论的同时,还可以进行上机演示,功能强大,器件齐全,理论和实践相结合,这样既节省了教学资源,又可以方便快捷的得到实验结果,可以帮助学生更加深入的理解电路,增强分析问题的能力,大大提高了实验效率,对传统教学是一个极大的创新和改进。
参考文献
[1]喻文平等.EDA在电子技术课程教学中的应用研究.乐山师范学院学报,19(12):39-42.
[2]阿力甫.阿木提等.Multisim8在电子技术实验教学应用中的探讨.中国科技信息,2006,5:71-72.
电子无论是在国际上,还是在国内,都是发展的重点。无论从娱乐、生活、教育还是科技,电子产品都是人类必不可少的一部分。同时,人们对电子产品的要求越来越高,越来越智能化。培养一部分具有高素质高技能的电子专业人才,不仅是职业学校的培养目标,更是社会市场经济对职业学校提出的要求和任务!
一、问题的提出
电子专业是我校重点专业之一,在校领导的带领下,专业教师认真地投入到电子专业的改革浪潮中去。教学质量有了提高,课堂设计有了改善,基本做到以学生为本。我对本校电子部电子专业高二年级的中职学生进行了调查,目的是了解各个学生在课程改革中的技能收获和专业能力情况。从侧面调研专业改革的力度和方向。结果发现:高二学生对电子专业的学习兴趣不浓厚,实践范围小,空间狭隘,严重约束了学生的实践欲望。
二、研究对象与方法
1.对象
我对2010年秋季进入高淳中等专业学校电子部电子电工专业的47位中职学生进行了调查。由于学校没有其他平行班级,所以就选择了一个班级。
2.方法
这个班级是电子部高二年级中职电子专业重点班级,着重于就业培训,直接服务于企业。学校为这班提供了专业教师,开展了一系列的教改活动。在此情况下,我采用了问卷调查。问卷共有14道题目。本次调查发放调查问卷47份,收回有效调查问卷46份,有效回收率97.9%。
三、研究结果与分析
1.结果
(1)学生对电子专业的兴趣不浓
经调查,发现有87%的学生对电子专业的态度是“一般”,“很喜欢”电子专业的学生只有10.9%,“不清楚”的学生有2.2%,“讨厌”的为0%。这些学生虽然经过一年半的专业学习,但他们对待专业的态度较淡,谈不上喜欢,积极性不够高,还需兴趣性的引导。
学生身边的电子产品,种类繁多,如电视机、洗衣机、收音机、手机、MP3或MP4、电子词典、电饭锅、电冰箱、电风扇、空调、电脑、电动车、电子手表或电子钟等等。有87%的学生身边的电子产品达到“10种或10种以上”,有8.7%的学生身边有“4~6种”电子产品。但是在产品出现故障时,如常用的电饭锅出现故障时,还没有一位学生能完全自己修理,有17.4%的学生直接把家电送到维修店去修理,有56.5%的学生不知如何下手,有26.1%的学生是主动学着修理。成就感往往是培养兴趣的最好方法,但是现实生活中的实践机会却很少有学生能够把握住。这也存在一定的原因:我校学生使用的仪表和工具完全由学校提供,学生回家后没有检修工具,无法进行一定的测试和维修,在一定程度上减少了实践的机会,更体会不到维修成功后的喜悦。
(2)实践课程的增多提高了学生的动手能力
与课改之前相比较,学生进入实验室学习的机会增多,实习时间长。据调查情况看,有50%的学生认为“有所提高”,有43.5%的学生认为“有很大的提高”,有4.3%的学生“不知道自己的技能是否提高”。由此可见,有93.5%的学生认为自己的技能得到提高。这说明,实践课程的增设,是有利于提高学生技能水平的。在上级领导的支持和关心下,学校这两年一边进行课改,一边进行硬件的建设。我校电子专业学生打破了在市级比赛中无名次的历史。在本班级有6.5%的学生获得南京市比赛名次。这是课程改革给学校带来的荣誉,也是专业教师辛勤劳动的成果。
(3)实践教学还需深入研究
实践教学已经取得一定的成绩,但我们还需更进一步加强对学生的有效引导,做到将理论与实践相结合,把知识运用到日常生活中去,激发学生的学习乐趣。我设想,将学生的小制作包装成小产品投放到市场,学生会以什么样的态度去面对课堂?
99.6%的学生回答:“认真对待。”这样做一方面肯定了学生的成绩,给学生信心,另一方面让学生感受到一种责任。这还有待以后在教学中进行实践。大量的课堂实践教学是直接提高学生技术能力的一个因素,因此我们在今后的教学环节中要常用,合理安排好理论学习与实践之间的逻辑关系,做到真正的理论与实践相辅相成。
2.分析
学生是教学的对象,更是学习的主体,在专业教学中,教师一定要引导学生经历有疑、释疑,自主参与、自主探究的学习过程,只有这样学生才能完成知识的内化,学生才能善学乐学,才能孕育创新能力,点燃学生的创造火花。电子专业与现实生活紧密联系,学生对电子产品充满了乐趣。如何构建一座桥梁架通实验室与实际生活,拓宽学生的实践空间呢?通过教学改革,教学质量确实得到了提高,学生和教师的发展及成绩,就是对目前教学的肯定。本班级有3人在南京市举办的电子制作比赛中获得三等奖。
【关键词】 虚拟技术考核问题培养
一、摒弃实验箱,自己焊接电路
实践证明,实验课上现成的模拟电子实验箱降低了学生的求知欲,在模拟电路的课堂上学生们最想干的就是自己焊接、测试,从中获取成就感,增加学习兴趣。而在实际的实验过程中,学生的动手能力是不同的,这样可以安排分组学习,并且循环安排两组学生在老师的帮助下提前完成,接下来帮助其他同学完成实验。也可以分层次进行教学,每次实验课的设计分为基本实验和附加部分,附加部分的实验可以满足动手能力强或感兴趣同学的求知欲,并增强他们的动手能力。
二、用虚拟仿真技术
虚拟技术是近年发展起来的,利用计算机模仿实验的技术。电子线路模拟实验室利用计算机构造一个实验模拟环境,通过电路的构立和对数据与电路功能的分析,达到实验效果和目的的一种新的实验方法。EDA技术是一种以计算机位基本工作平台,以高级语言描述具有系统级仿真和综合能力的软件工具。软件有多种,其中Mulyisim是较常见的电子技术和实训工具。通常工具软件的元器件库储存有许多大公司的晶体管阻容元件,集成电路和数据门电路芯片等元器件,仪器库则有万用表,示波器信号发生器,扫频仪,逻辑分析仪,信号发生器,逻辑转换的仪器接通开关就可以进行和实无实验一样的测试分析。但这类软件的缺点是原件均是一心好实现的,以实物实验差别很大。我们所完成的多媒体电子技术实验系统软件突出优点是:元件机仪表均以实物的形式重现,直观性强,可操作性强。虚拟技术的发展使电子线路的分析设计过程得以在计算上轻松、准确、快捷的完成。这样,一方面克服了实验室在元器件和规格上的限制,避免了损坏仪器等不利因素,另一方面使得实验不受时间及空间的限制,从而促进电子线路实验教学的现代化。
1、实行虚拟实验的必要性
电子线路是一门较为抽象的理论型课程。在学习电路理论时必须理论联系实际,抓好教学中的实验环节,让学生能根据自己的实际情况,结合教师的教学要求进行实验操作,验证所学到的电路原理。但是,学生在实验中出现的种种现象又不尽人意,暴露了传统实物实验的一些固有缺陷。
例如:(1)学生不熟悉电路连接,还没有掌握好锡焊技术,所以连接电路时极易出错。(2)电路连接错误,易造成电子元器件及测试仪器的损坏。学生不熟悉仪器操作也是造成仪器容易损坏的原因。(3)学生不能根据自己的学习进度安排实验时间,更不能像做家庭作业一样在课余时间进行练习。有限的教学时数与学生技能的提高矛盾突出。(4)实验的元器件离散性大,环境变化引起的温漂、干扰等因素会造成实验数据的偏差。(5)传统的电子技术实验是以实物为主的,设备易磨损老化,需要定期更新;教学实验室的设备配置与教学大纲的教学要求相对应,随着教学要求的提高及电子技术的飞速发展,实验设备的技术水平也不断提高,数量也要有所增加,这要消耗我们有限的教学经费。
EDA技术恰好能够弥补实验的不足。它的优点是:(1)在计算机上即可完成和实现电路的电气连接,检测电路的电性能。例如,显示检测点的电压电流波形及对电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析等多种分析,及时获得实验结果。(2)评估元器件参数变化(包括故障)对电路造成的影响。分析一些较难测量的电路特性,如进行噪声(Noise)、频谱(Fourier)、器件灵敏度(Sensitivity)、温度特性(Temperature)分析等。(3)可以在短暂的实验时间里快速完成较复杂的电路连接、测试工作。(4)可以很容易地实现对学生的量化评估。
三、完成必要的验证性实验和综合设计实验
由于我们的课时有限,我们可以挑出典型的验证性实验,如共射级放大电路、射极跟随器等让学生亲自焊接后测量,其余有必要的验证性实验可以留为课后作业,开放实验室让学生自己完成。要提高学生的动手能力,就必须设计综合性实用电路来增强学生的实际动手能力和自学能力。为了引发学生的兴趣和成就感,最好安排一个平时能够用的电路,如音频放大器或充电器的制作,在此过程中侧重电路的焊接、测试和调试能力的锻炼。
四、 教材实验内容丰富
教材实验内容丰富,且遵从循序渐进的原则。基础部分以二极管、三极管、电阻、电容的测试开始,配以常用仪器练习,让学生逐步对电子元器件及其测试方法有一定的了解,并掌握实验中常用电子仪器的使用和测量方法;之后通过基本放大电路、组合放大电路、场效应管放大电路、功率放大电路等各种不同的电路组态的实验,使学生掌握和熟练运用各种单元放大电路;再以集成运放为核心的集成运放参数测试、算术运算电路、比较电路和低通、高通、带通、带阻电路来加深学生对集成电路的实验和设计能力;最后通过LC、RC正弦波发生器电路实验和非正弦波发生器电路转换实验让学生对反馈和波形的产生有进一步认识,并通过AM、FM调制和解调电路实验,来加强学生对通信电路原理的理解。书中每一个实验都包含实验目的、实验原理、实验内容和实验报告要求,旨在不仅要教会学生怎样去做,而且要使学生弄懂为什么这样去做,并启发学生进行思考。
五、实验的考核