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【關(guān)鍵詞】Pspice 模擬電子電路 電子電路設(shè)計(jì)
在電氣、電子、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等類型的專業(yè)中,模擬電子電路設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)的技術(shù)課程,其理論知識(shí)較為抽象且電路的原理較為復(fù)雜,對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)比較困難,教師也難以教好。本文提出將Pspice應(yīng)用在模擬電子電路設(shè)計(jì)中,有了該軟件,就等于有了電路以及實(shí)驗(yàn)室,完美地將理論與實(shí)踐結(jié)合,為教師和學(xué)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(shù)據(jù)處理器)、Probe(軟件的圖形后期處理器)、Stmed(產(chǎn)生信號(hào)的工具)、Parts(為器件建立模型的工具)和Pspice Optimizer(軟件的優(yōu)化設(shè)置工具)等組成,能夠提供強(qiáng)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(tài)工作點(diǎn)分析、直流靈敏度分析、直流掃描分析以及直流小信號(hào)傳遞函數(shù)值分析;交流掃描分析,包括頻率特性分析和噪聲分析;瞬態(tài)特性分析;蒙特卡羅分析;溫度特性和參數(shù)掃描分析;最壞情況分析等。
在設(shè)計(jì)電子電路期間,以既定的功能及技術(shù)參數(shù)來(lái)制定設(shè)計(jì)方案,可以應(yīng)用Pspice模擬和連接電路并檢測(cè)電路設(shè)計(jì)有無(wú)達(dá)到預(yù)期效果,也可以在計(jì)算機(jī)上對(duì)電路的結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改,不斷測(cè)試、觀察輸出的波形,直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求,以便取得電路的最優(yōu)技術(shù)指標(biāo),為電路設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性評(píng)價(jià)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(tǒng)的方法難以完成的,還能夠比較各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣,方便選擇最優(yōu)的方案,使電路設(shè)計(jì)最優(yōu)化。
2 Pspice軟件的仿真實(shí)例
Pspice軟件在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以提高教學(xué)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(shù);第三,仿真測(cè)驗(yàn);第四,顯示仿真的結(jié)果;第五,分析并輸出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。下面對(duì)Pspice軟件的仿真實(shí)例進(jìn)行分析。
2.1 限幅電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
限幅電路的示意圖如圖1所示,二極管的型號(hào)為DIN4148,電阻為1kΩ,電源電壓為3伏特,當(dāng)輸入電壓達(dá)到6sin wt的時(shí)候,電路要達(dá)到限制輸入電壓幅值的目的。
設(shè)置直流掃描分析以及瞬態(tài)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(jiàn)電路對(duì)輸入電壓幅值的限制效果。
在限幅電路的瞬態(tài)分析結(jié)果示意圖中可見(jiàn)(圖3),當(dāng)輸入的電壓超出固定范圍時(shí),超出的部分就會(huì)被截止,這樣就能使信號(hào)的電壓在一定的幅值內(nèi),防止電路受信號(hào)電壓的影響出現(xiàn)故障。
2.2 RC正弦振蕩電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
RC振蕩電路在電子技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用,振蕩電路在自動(dòng)進(jìn)行振蕩的過(guò)程中,其達(dá)到平衡的條件所花費(fèi)的時(shí)長(zhǎng)極短,在課堂上,教師直接講授相關(guān)的理論會(huì)令學(xué)生難以在有限的課堂時(shí)間內(nèi)理解并掌握,因?yàn)閷W(xué)生難以根據(jù)抽象的理論想象出波形。就此,將Pspice運(yùn)用到其中,可以觀察出振蕩電路建立振蕩的過(guò)程以及振蕩器在穩(wěn)定之后的波形,同時(shí),可以改變電阻或電容,觀察其對(duì)振蕩電路會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響,更加便捷、直觀地掌握振蕩電路的設(shè)計(jì)原理及運(yùn)行原理。
3 總結(jié)
從上述的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中可知,在模擬電子電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用Pspice能夠使設(shè)計(jì)仿真的效果精準(zhǔn)且直觀形象,為電子電路的設(shè)計(jì)提供極大便捷。Pspice是應(yīng)用極廣的電路設(shè)計(jì)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(qiáng)大功能,在建立真實(shí)的電路之前,在該軟件上設(shè)計(jì)、繪制仿真電路,依據(jù)具體的需求來(lái)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù),斷定電路設(shè)計(jì)是否科學(xué)、性能是否可靠、能否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求、有無(wú)必要修改電路等,還可以對(duì)元件的變化會(huì)對(duì)電路造成怎樣的影響進(jìn)行綜合評(píng)估,同時(shí)也能對(duì)一些電路的特性進(jìn)行測(cè)量分析??傊琍spice的應(yīng)用能夠?yàn)殡娮与娐返哪M仿真設(shè)計(jì)帶來(lái)很好的內(nèi)外部條件,幫助設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出最優(yōu)電路,提高教師的教學(xué)效率和學(xué)生的掌握速率,從根本上減少成本支出,使電路設(shè)計(jì)最優(yōu)化,提高電路性能的可靠性,是模擬電子電路設(shè)計(jì)中必不可少的仿真設(shè)計(jì)軟件。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:電路與模擬電子技術(shù);教學(xué)實(shí)踐;心得體會(huì)
作者簡(jiǎn)介:王玉菡(1981-),女,河北衡水人,重慶理工大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院,講師;楊奕(1970-),男,重慶人,重慶理工大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院,副教授。(重慶400050)
基金項(xiàng)目:本文系重慶市教委高等教育改革重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):112003)的研究成果。
中國(guó)分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079(2012)12-0091-02
“電路與模擬電子技術(shù)”是高等工業(yè)學(xué)校本科計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用專業(yè)和電子類相關(guān)專業(yè)必修的一門技術(shù)基礎(chǔ)課,是把“電路”和“模擬電路”兩門課程合成一門的課程,同時(shí)調(diào)整了教學(xué)要求,教學(xué)學(xué)時(shí)也相應(yīng)進(jìn)行了壓縮。課程的主要任務(wù)是通過(guò)講授電路理論和電路分析方法、電子電路的分析和初步設(shè)計(jì)方法,使學(xué)生獲得必要的電路分析和模擬電子技術(shù)的基本理論、基本方法和基本技能,了解電子技術(shù)發(fā)展的概況,初步掌握電子電路的分析、設(shè)計(jì)方法,為學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。為提高教學(xué)質(zhì)量,本文主要結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)踐,闡述了筆者對(duì)教學(xué)方法改革的認(rèn)識(shí)和一些具體做法。
一、“電路與模擬電子技術(shù)”教學(xué)中存在的難點(diǎn)分析
1.如何合理分配學(xué)時(shí)
“電路與模擬電子技術(shù)”課程分電路基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)兩部分,教材編寫(xiě)通常是按80學(xué)時(shí)左右編寫(xiě),重慶理工大學(xué)選定的教材是由西安電子科技大學(xué)出版社出版,江曉安老師編寫(xiě)的,本科教學(xué)理論學(xué)時(shí)數(shù)為64學(xué)時(shí)。如何針對(duì)僅有的學(xué)時(shí),合理分配教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)生準(zhǔn)確理解并掌握課程的內(nèi)容,是本課程教學(xué)需解決的一大問(wèn)題。
2.如何突出把握重點(diǎn)
“電路與模擬電子技術(shù)”課程內(nèi)容多,要讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握知識(shí),就要求教師在講授課程過(guò)程中,突出重點(diǎn)內(nèi)容,便于學(xué)生課下自學(xué)和復(fù)習(xí)。
3.如何緊跟時(shí)代步伐
“電路與模擬電子技術(shù)”課程教材體系滯后,不能夠與時(shí)俱進(jìn)。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)今,現(xiàn)有教材沒(méi)有任何關(guān)于EWB仿真的內(nèi)容,沒(méi)有把計(jì)算機(jī)輔助分析融合到教學(xué)中。
4.如何提高學(xué)生興趣
俗話說(shuō):興趣是最好的老師。就算是再難的課程,只要有興趣,肯堅(jiān)持學(xué)習(xí),就一定能學(xué)好。關(guān)鍵是如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?這就要求教師上課要靈活,不能上死課,要多聯(lián)系實(shí)際,把抽象問(wèn)題具體化,把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化,把理論問(wèn)題生活化,給學(xué)生體會(huì)知識(shí)的機(jī)會(huì),只有感同身受,才能印象深刻。
二、改進(jìn)教學(xué)方法
1.綜合教學(xué),化難為易,合理分配學(xué)時(shí)
課堂時(shí)間是短暫的,要在短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生明白一些概念和問(wèn)題就需要教師抓住所講內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系,以點(diǎn)帶面,舉一反三,綜合運(yùn)用相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行講解。因?yàn)檫@些知識(shí)點(diǎn)之間是有聯(lián)系的,通過(guò)多角度、多視角聯(lián)系和講授知識(shí),可以使學(xué)生印象深刻,進(jìn)而掌握知識(shí)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)筆者多次課程實(shí)踐教學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)時(shí)數(shù)最好的分配是:電路部分24學(xué)時(shí),模擬部分40學(xué)時(shí)。因?yàn)殡娐凡糠值膬?nèi)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(tài)分析以及正弦穩(wěn)態(tài)電路分析,學(xué)習(xí)起來(lái)并不費(fèi)力,很多內(nèi)容學(xué)生在“大學(xué)物理”、“高等數(shù)學(xué)”、“復(fù)變函數(shù)”等課程中都有所接觸,是有基礎(chǔ)的,即使自學(xué)也可以很好的掌握。而模擬電路部分內(nèi)容,由于涉及到微觀粒子的運(yùn)動(dòng)、特性曲線以及工程中的近似等效等內(nèi)容,對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)比較生疏,需要多花時(shí)間慢慢講解,很多學(xué)生自學(xué)也是完全不懂得。因此實(shí)踐證明講授這門課程,采用“前緊后松”的教學(xué)節(jié)奏,要把前面的進(jìn)度稍稍加快,進(jìn)入模擬電路部分后,就要慢慢講授。
2.善于引導(dǎo),因材施教,突出把握重點(diǎn)
教師在臺(tái)上固然是授課者,但是學(xué)生也不應(yīng)只是被動(dòng)接受者。授課是個(gè)交流的過(guò)程,教師要會(huì)講,善于講,善于觀察學(xué)生的反映,適時(shí)調(diào)動(dòng)起學(xué)生的積極性。筆者在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中,講每一章內(nèi)容時(shí),都會(huì)先告訴學(xué)生本章的重點(diǎn)。并以“了解”、“理解”和“掌握”三個(gè)詞來(lái)區(qū)分一章內(nèi)容的輕重。在講課的時(shí)候,只需了解的內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)即可,重點(diǎn)講授需要理解和掌握的,突出重點(diǎn),這樣學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)就有了層次感。例如講授第六章放大電路分析基礎(chǔ)時(shí),因?yàn)闀r(shí)間有限,通常只著重介紹三極管放大電路及其分析,場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析作為了解和自學(xué)的內(nèi)容,這樣學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)就會(huì)把主要精力放在三極管及其放大電路的學(xué)習(xí)上了。只要把三極管及其放大電路學(xué)習(xí)好了,就會(huì)運(yùn)用同樣的分析方法去分析場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路。
3.鼓勵(lì)學(xué)生,自己學(xué)習(xí),建立良好課堂氣氛
由于課時(shí)有限,教師在教授過(guò)程中不可能面面俱到,所以適時(shí)安排一些內(nèi)容自學(xué),一方面可以更大限度地完成多一點(diǎn)的教學(xué)任務(wù),另一方面也可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí),提高教學(xué)質(zhì)量,是絕對(duì)的雙贏。例如在講第3章動(dòng)態(tài)電路分析時(shí),就只需要介紹電容元件的一階零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)以及全響應(yīng)的求解過(guò)程,對(duì)于電感元件的類似電路就交由學(xué)生課下自學(xué),讓學(xué)生上課講給大家聽(tīng),一個(gè)學(xué)生講完了,其余的學(xué)生還可以補(bǔ)充,大家一起學(xué)習(xí),使得印象深刻,學(xué)習(xí)氣氛濃厚了,教學(xué)質(zhì)量也就跟著提高了。
4.每章小結(jié),重視作業(yè),不斷深化知識(shí)
每章節(jié)的小結(jié)是為了回顧、總結(jié)這一章節(jié)的主要內(nèi)容和知識(shí)重點(diǎn),這樣做可以幫助學(xué)生掌握其內(nèi)在聯(lián)系,理清所學(xué)知識(shí)的層次結(jié)構(gòu),形成知識(shí)框架;能夠促進(jìn)學(xué)生掌握知識(shí),總結(jié)規(guī)律,從總體上把握知識(shí);能夠?yàn)閷W(xué)生下一步的學(xué)習(xí)架設(shè)橋梁,為下一節(jié)課做好鋪墊。所以說(shuō)章節(jié)回顧在教學(xué)中有著舉足輕重的作用。對(duì)于教師,為了檢驗(yàn)教學(xué)效果是否達(dá)到預(yù)期目的,為了強(qiáng)化和檢查學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解、掌握程度,每當(dāng)講解完一個(gè)新的知識(shí)點(diǎn)都應(yīng)布置相應(yīng)的習(xí)題,這也是對(duì)學(xué)生的一個(gè)督促。作為教師,也應(yīng)該認(rèn)真批閱學(xué)生的作業(yè),分析作業(yè)的完成質(zhì)量,進(jìn)而了解學(xué)生理解的弱點(diǎn),進(jìn)行有針對(duì)性地備課準(zhǔn)備,進(jìn)一步改進(jìn)自己的教學(xué)方法。
5.結(jié)合多媒體增加教學(xué)的直觀性和趣味性
多媒體課件在現(xiàn)在的教學(xué)中已經(jīng)是不可缺少的了?!半娐放c模擬電子技術(shù)”作為一門重要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課,其特點(diǎn)是:理論性強(qiáng),原理抽象,定理、定律、公式和概念多。如果只用傳統(tǒng)教學(xué)方法和手段,很難解決該課程中的“圖形、電路、圖表、原理圖、結(jié)構(gòu)”等問(wèn)題,必然導(dǎo)致知識(shí)傳授的枯燥無(wú)味,會(huì)使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感覺(jué)困難,使學(xué)生積極性受挫,久而久之會(huì)使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣,產(chǎn)生厭學(xué)情緒,不能按時(shí)完成教學(xué)任務(wù),也難有好的教學(xué)效果。為此,除采用演示、實(shí)驗(yàn)手段和語(yǔ)言鼓勵(lì)之外,還采用多媒體技術(shù)手段,通過(guò)新穎的、多樣的、生動(dòng)有趣的畫(huà)面、圖像、聲音來(lái)展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容,可增強(qiáng)課堂教學(xué)的形象性、生動(dòng)性和趣味性,使學(xué)生激發(fā)起濃厚的學(xué)習(xí)興趣和積極性,產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望,加強(qiáng)教學(xué)效果。
6.增加EDA教學(xué)內(nèi)容,與時(shí)俱進(jìn)
EDA技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái),融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果,進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)?,F(xiàn)今,EDA技術(shù)日益成熟,已滲透到電子系統(tǒng)和集成電路設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。為了讓學(xué)生了解電子技術(shù)的新發(fā)展,了解現(xiàn)代電路設(shè)計(jì)方法,了解日益發(fā)展的電路設(shè)計(jì)技術(shù),跟上時(shí)代的步伐,掌握最基本的EDA技術(shù),特增加這一部分的內(nèi)容,拿出一個(gè)課時(shí)專門介紹EDA技術(shù)基礎(chǔ)、EWB軟件、可編程模擬器件及應(yīng)用,將計(jì)算機(jī)輔助分析融合到具體的教學(xué)內(nèi)容中。
7.加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力
理論需聯(lián)系實(shí)際才會(huì)有意義,學(xué)生學(xué)習(xí)的最終目的也是學(xué)以致用。所以需要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,增加綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,將有內(nèi)在聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容組合到一起,以加強(qiáng)綜合能力的培養(yǎng);同時(shí)注意在訓(xùn)練的過(guò)程上增加梯度,由淺入深,增加中大規(guī)模集成電路的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,中大規(guī)模集成電路的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,如課堂上只講授器件基本原理,難以解決實(shí)際器件的使用問(wèn)題。因此,在實(shí)驗(yàn)中加強(qiáng)了這方面的訓(xùn)練,其目的是使學(xué)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(shí)現(xiàn),以培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
三、教學(xué)成效
在教學(xué)過(guò)程中,結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方法,適當(dāng)?shù)囊攵嗝襟w教學(xué),極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,避免了學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的枯燥感,加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握程度。教師的教學(xué)過(guò)程也改變了以前的只教不學(xué)的模式,以學(xué)生為主體,充分地發(fā)揮了他們的主觀能動(dòng)性,從被教授到主動(dòng)學(xué)習(xí),同時(shí)也增進(jìn)了師生之間的交流。各種綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,很好地將理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái),加強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力。實(shí)踐證明,在學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)中,學(xué)生的積極性和主動(dòng)性都有所增強(qiáng),學(xué)習(xí)成績(jī)也得到明顯的提升。良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和扎實(shí)的基礎(chǔ)使他們有足夠的能力去主動(dòng)學(xué)習(xí)他們感興趣的知識(shí),參加各種電子設(shè)計(jì)大賽。這既培養(yǎng)了他們的綜合能力,也為以后的工作積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。
四、總結(jié)
總的來(lái)說(shuō),教學(xué)中存在的問(wèn)題,主要還是教師這個(gè)Leader,要帶領(lǐng)好學(xué)生,掌控好教學(xué)的節(jié)奏,做到張弛有度,讓學(xué)生感受到知識(shí)的重要性,自發(fā)的學(xué)習(xí),而不是為了考試而學(xué)習(xí)。筆者在“電路與模擬電子技術(shù)”課程的教學(xué)中不斷總結(jié)和探索,實(shí)踐證明了通過(guò)以上改革可有效提高教學(xué)效果,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
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關(guān)鍵詞 Multisim;EDA軟件;模擬電子線路
中圖分類號(hào)TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2013)99-0214-02
進(jìn)入21世紀(jì)信息技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用程度越來(lái)越高,電類專業(yè)的在校生用EDA工具進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)也越來(lái)越廣泛,現(xiàn)有的EDA工具有Multisim、Protel、 Max+plusII等等,Multisim憑借其友好的界面,功能強(qiáng)大和容易使用受到了電類專業(yè)技術(shù)人員的青睞。
0 引言
電子類課程有較強(qiáng)的實(shí)踐性,無(wú)論是電子線路課程還是單片機(jī)課程都有都需要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)電子線路的分析、設(shè)計(jì)方法首先是根據(jù)指標(biāo)要求設(shè)計(jì)電路及其元件的參數(shù),在簡(jiǎn)化電路的基礎(chǔ)上,對(duì)電路進(jìn)行書(shū)面估算,然后,在實(shí)驗(yàn)室搭建電路,使用儀器,儀表進(jìn)行測(cè)試,驗(yàn)證是否滿足指標(biāo)要求;目前,為降低教學(xué)成本成本,提高學(xué)習(xí)效率,在進(jìn)行教學(xué)和實(shí)踐時(shí),往往并不直接在實(shí)驗(yàn)室直接進(jìn)行搭建,而是采用專用的計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試通過(guò),再行搭建和制作,隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展,新電路,新器件的不斷涌現(xiàn),現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件,好多無(wú)法滿足各種電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。
1 NI Multisim10.0簡(jiǎn)介
Multisim 仿真軟件自問(wèn)世以來(lái),歷經(jīng)了EWB5.0、Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9和NI Multisim10等版本的發(fā)展歷程。EWB5.0是加拿大IIT(Interactive Image Technologies)于20世紀(jì)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(guó)國(guó)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(jī)及LABVIEW虛擬儀器等的仿真應(yīng)用。NI Multisim10.0軟件可以實(shí)現(xiàn)原理圖的捕獲,電路分析,電路仿真,仿真儀器的測(cè)試,射頻分析,單片機(jī)等高級(jí)應(yīng)用。該軟件擁有數(shù)量眾多的數(shù)據(jù)庫(kù),標(biāo)準(zhǔn)化的仿真儀器,直觀的捕獲界面,簡(jiǎn)潔明了的操作,強(qiáng)大的分析測(cè)試、可靠的測(cè)試結(jié)果,由此,讓學(xué)生更加方便,有效的觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果,節(jié)省了大量的時(shí)間,為教師的教學(xué)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(shí)例來(lái)說(shuō)明它的應(yīng)用。
2 Multisim10.0在模擬電子線路中的應(yīng)用
電子線路課程的主要內(nèi)容包括放大電路,振蕩電路,濾波和穩(wěn)壓電源電路等。單管共射放大電路是針對(duì)正弦小信號(hào)的放大電路,是電子線路的基礎(chǔ)。放大電路要實(shí)現(xiàn)不失真放大,必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn),電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻是分析放大電路的核心指標(biāo)。
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(yīng)用。
其次,電壓放大倍數(shù)的測(cè)量。輸入信號(hào)V1給定幅度為10mV,頻率為1kHz的正弦信號(hào),在圖1中接上2通道示波器,其中通道1接輸入端(節(jié)點(diǎn)2),通道2接輸出端(節(jié)點(diǎn)7),連接完畢之后,點(diǎn)擊運(yùn)行,雙擊示波器圖標(biāo),彈出示波器觀察窗口,設(shè)置合適的時(shí)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(jié)果可以看出,輸出無(wú)失真,在T=6.261s處電壓放大倍數(shù) ,輸出和輸入相位相反,幅度實(shí)現(xiàn)無(wú)失真的放大。最后,進(jìn)行輸入電阻和輸出電阻的測(cè)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(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)8之間接一電流表,在節(jié)點(diǎn) 2和節(jié)點(diǎn)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(cè)量必須要有合適的靜態(tài)工作點(diǎn),故這里直流電源要保留,但是,務(wù)必將電壓表和電流表切換至交流檔位,單擊仿真開(kāi)關(guān),示數(shù)直接顯現(xiàn)在電壓表和電流表的顯示區(qū),,計(jì)算得,由此可見(jiàn),共射放大電路的輸入電阻相較來(lái)說(shuō)比較大。
輸出電阻的測(cè)量,在此,輸出電阻采用外接激勵(lì)的方法。具體做法為:在圖3中將輸入信號(hào)源V1置0(即短接),負(fù)載RL開(kāi)路,在輸出端(節(jié)點(diǎn)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(cè)量參考圖3所示。
點(diǎn)擊仿真開(kāi)關(guān),即得,,由測(cè)量結(jié)果計(jì)算可得,輸出電阻,該分析結(jié)果和理論結(jié)果基本一致,驗(yàn)證了單管共射放大電路的輸出電阻較大。
注,這里測(cè)量的輸出電阻也是交流的,必須有合適的靜態(tài)工作點(diǎn),并且電流表和電壓表要設(shè)置為交流檔位。
3 結(jié)論
通過(guò)以上實(shí)例可以看出,采用Multisim軟件進(jìn)行教學(xué),就是將實(shí)實(shí)在在的實(shí)驗(yàn)室搬到了虛擬的實(shí)驗(yàn)室,講解理論的同時(shí),還可以進(jìn)行上機(jī)演示,功能強(qiáng)大,器件齊全,理論和實(shí)踐相結(jié)合,這樣既節(jié)省了教學(xué)資源,又可以方便快捷的得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可以幫助學(xué)生更加深入的理解電路,增強(qiáng)分析問(wèn)題的能力,大大提高了實(shí)驗(yàn)效率,對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)是一個(gè)極大的創(chuàng)新和改進(jìn)。
參考文獻(xiàn)
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電子無(wú)論是在國(guó)際上,還是在國(guó)內(nèi),都是發(fā)展的重點(diǎn)。無(wú)論從娛樂(lè)、生活、教育還是科技,電子產(chǎn)品都是人類必不可少的一部分。同時(shí),人們對(duì)電子產(chǎn)品的要求越來(lái)越高,越來(lái)越智能化。培養(yǎng)一部分具有高素質(zhì)高技能的電子專業(yè)人才,不僅是職業(yè)學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo),更是社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)對(duì)職業(yè)學(xué)校提出的要求和任務(wù)!
一、問(wèn)題的提出
電子專業(yè)是我校重點(diǎn)專業(yè)之一,在校領(lǐng)導(dǎo)的帶領(lǐng)下,專業(yè)教師認(rèn)真地投入到電子專業(yè)的改革浪潮中去。教學(xué)質(zhì)量有了提高,課堂設(shè)計(jì)有了改善,基本做到以學(xué)生為本。我對(duì)本校電子部電子專業(yè)高二年級(jí)的中職學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查,目的是了解各個(gè)學(xué)生在課程改革中的技能收獲和專業(yè)能力情況。從側(cè)面調(diào)研專業(yè)改革的力度和方向。結(jié)果發(fā)現(xiàn):高二學(xué)生對(duì)電子專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣不濃厚,實(shí)踐范圍小,空間狹隘,嚴(yán)重約束了學(xué)生的實(shí)踐欲望。
二、研究對(duì)象與方法
1.對(duì)象
我對(duì)2010年秋季進(jìn)入高淳中等專業(yè)學(xué)校電子部電子電工專業(yè)的47位中職學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查。由于學(xué)校沒(méi)有其他平行班級(jí),所以就選擇了一個(gè)班級(jí)。
2.方法
這個(gè)班級(jí)是電子部高二年級(jí)中職電子專業(yè)重點(diǎn)班級(jí),著重于就業(yè)培訓(xùn),直接服務(wù)于企業(yè)。學(xué)校為這班提供了專業(yè)教師,開(kāi)展了一系列的教改活動(dòng)。在此情況下,我采用了問(wèn)卷調(diào)查。問(wèn)卷共有14道題目。本次調(diào)查發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷47份,收回有效調(diào)查問(wèn)卷46份,有效回收率97.9%。
三、研究結(jié)果與分析
1.結(jié)果
(1)學(xué)生對(duì)電子專業(yè)的興趣不濃
經(jīng)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)有87%的學(xué)生對(duì)電子專業(yè)的態(tài)度是“一般”,“很喜歡”電子專業(yè)的學(xué)生只有10.9%,“不清楚”的學(xué)生有2.2%,“討厭”的為0%。這些學(xué)生雖然經(jīng)過(guò)一年半的專業(yè)學(xué)習(xí),但他們對(duì)待專業(yè)的態(tài)度較淡,談不上喜歡,積極性不夠高,還需興趣性的引導(dǎo)。
學(xué)生身邊的電子產(chǎn)品,種類繁多,如電視機(jī)、洗衣機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)、MP3或MP4、電子詞典、電飯鍋、電冰箱、電風(fēng)扇、空調(diào)、電腦、電動(dòng)車、電子手表或電子鐘等等。有87%的學(xué)生身邊的電子產(chǎn)品達(dá)到“10種或10種以上”,有8.7%的學(xué)生身邊有“4~6種”電子產(chǎn)品。但是在產(chǎn)品出現(xiàn)故障時(shí),如常用的電飯鍋出現(xiàn)故障時(shí),還沒(méi)有一位學(xué)生能完全自己修理,有17.4%的學(xué)生直接把家電送到維修店去修理,有56.5%的學(xué)生不知如何下手,有26.1%的學(xué)生是主動(dòng)學(xué)著修理。成就感往往是培養(yǎng)興趣的最好方法,但是現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)踐機(jī)會(huì)卻很少有學(xué)生能夠把握住。這也存在一定的原因:我校學(xué)生使用的儀表和工具完全由學(xué)校提供,學(xué)生回家后沒(méi)有檢修工具,無(wú)法進(jìn)行一定的測(cè)試和維修,在一定程度上減少了實(shí)踐的機(jī)會(huì),更體會(huì)不到維修成功后的喜悅。
(2)實(shí)踐課程的增多提高了學(xué)生的動(dòng)手能力
與課改之前相比較,學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)增多,實(shí)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)。據(jù)調(diào)查情況看,有50%的學(xué)生認(rèn)為“有所提高”,有43.5%的學(xué)生認(rèn)為“有很大的提高”,有4.3%的學(xué)生“不知道自己的技能是否提高”。由此可見(jiàn),有93.5%的學(xué)生認(rèn)為自己的技能得到提高。這說(shuō)明,實(shí)踐課程的增設(shè),是有利于提高學(xué)生技能水平的。在上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的支持和關(guān)心下,學(xué)校這兩年一邊進(jìn)行課改,一邊進(jìn)行硬件的建設(shè)。我校電子專業(yè)學(xué)生打破了在市級(jí)比賽中無(wú)名次的歷史。在本班級(jí)有6.5%的學(xué)生獲得南京市比賽名次。這是課程改革給學(xué)校帶來(lái)的榮譽(yù),也是專業(yè)教師辛勤勞動(dòng)的成果。
(3)實(shí)踐教學(xué)還需深入研究
實(shí)踐教學(xué)已經(jīng)取得一定的成績(jī),但我們還需更進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的有效引導(dǎo),做到將理論與實(shí)踐相結(jié)合,把知識(shí)運(yùn)用到日常生活中去,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)樂(lè)趣。我設(shè)想,將學(xué)生的小制作包裝成小產(chǎn)品投放到市場(chǎng),學(xué)生會(huì)以什么樣的態(tài)度去面對(duì)課堂?
99.6%的學(xué)生回答:“認(rèn)真對(duì)待?!边@樣做一方面肯定了學(xué)生的成績(jī),給學(xué)生信心,另一方面讓學(xué)生感受到一種責(zé)任。這還有待以后在教學(xué)中進(jìn)行實(shí)踐。大量的課堂實(shí)踐教學(xué)是直接提高學(xué)生技術(shù)能力的一個(gè)因素,因此我們?cè)诮窈蟮慕虒W(xué)環(huán)節(jié)中要常用,合理安排好理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐之間的邏輯關(guān)系,做到真正的理論與實(shí)踐相輔相成。
2.分析
學(xué)生是教學(xué)的對(duì)象,更是學(xué)習(xí)的主體,在專業(yè)教學(xué)中,教師一定要引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷有疑、釋疑,自主參與、自主探究的學(xué)習(xí)過(guò)程,只有這樣學(xué)生才能完成知識(shí)的內(nèi)化,學(xué)生才能善學(xué)樂(lè)學(xué),才能孕育創(chuàng)新能力,點(diǎn)燃學(xué)生的創(chuàng)造火花。電子專業(yè)與現(xiàn)實(shí)生活緊密聯(lián)系,學(xué)生對(duì)電子產(chǎn)品充滿了樂(lè)趣。如何構(gòu)建一座橋梁架通實(shí)驗(yàn)室與實(shí)際生活,拓寬學(xué)生的實(shí)踐空間呢?通過(guò)教學(xué)改革,教學(xué)質(zhì)量確實(shí)得到了提高,學(xué)生和教師的發(fā)展及成績(jī),就是對(duì)目前教學(xué)的肯定。本班級(jí)有3人在南京市舉辦的電子制作比賽中獲得三等獎(jiǎng)。
【關(guān)鍵詞】 虛擬技術(shù)考核問(wèn)題培養(yǎng)
一、摒棄實(shí)驗(yàn)箱,自己焊接電路
實(shí)踐證明,實(shí)驗(yàn)課上現(xiàn)成的模擬電子實(shí)驗(yàn)箱降低了學(xué)生的求知欲,在模擬電路的課堂上學(xué)生們最想干的就是自己焊接、測(cè)試,從中獲取成就感,增加學(xué)習(xí)興趣。而在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,學(xué)生的動(dòng)手能力是不同的,這樣可以安排分組學(xué)習(xí),并且循環(huán)安排兩組學(xué)生在老師的幫助下提前完成,接下來(lái)幫助其他同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)。也可以分層次進(jìn)行教學(xué),每次實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)分為基本實(shí)驗(yàn)和附加部分,附加部分的實(shí)驗(yàn)可以滿足動(dòng)手能力強(qiáng)或感興趣同學(xué)的求知欲,并增強(qiáng)他們的動(dòng)手能力。
二、用虛擬仿真技術(shù)
虛擬技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的,利用計(jì)算機(jī)模仿實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。電子線路模擬實(shí)驗(yàn)室利用計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)M環(huán)境,通過(guò)電路的構(gòu)立和對(duì)數(shù)據(jù)與電路功能的分析,達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果和目的的一種新的實(shí)驗(yàn)方法。EDA技術(shù)是一種以計(jì)算機(jī)位基本工作平臺(tái),以高級(jí)語(yǔ)言描述具有系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合能力的軟件工具。軟件有多種,其中Mulyisim是較常見(jiàn)的電子技術(shù)和實(shí)訓(xùn)工具。通常工具軟件的元器件庫(kù)儲(chǔ)存有許多大公司的晶體管阻容元件,集成電路和數(shù)據(jù)門電路芯片等元器件,儀器庫(kù)則有萬(wàn)用表,示波器信號(hào)發(fā)生器,掃頻儀,邏輯分析儀,信號(hào)發(fā)生器,邏輯轉(zhuǎn)換的儀器接通開(kāi)關(guān)就可以進(jìn)行和實(shí)無(wú)實(shí)驗(yàn)一樣的測(cè)試分析。但這類軟件的缺點(diǎn)是原件均是一心好實(shí)現(xiàn)的,以實(shí)物實(shí)驗(yàn)差別很大。我們所完成的多媒體電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件突出優(yōu)點(diǎn)是:元件機(jī)儀表均以實(shí)物的形式重現(xiàn),直觀性強(qiáng),可操作性強(qiáng)。虛擬技術(shù)的發(fā)展使電子線路的分析設(shè)計(jì)過(guò)程得以在計(jì)算上輕松、準(zhǔn)確、快捷的完成。這樣,一方面克服了實(shí)驗(yàn)室在元器件和規(guī)格上的限制,避免了損壞儀器等不利因素,另一方面使得實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間及空間的限制,從而促進(jìn)電子線路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)代化。
1、實(shí)行虛擬實(shí)驗(yàn)的必要性
電子線路是一門較為抽象的理論型課程。在學(xué)習(xí)電路理論時(shí)必須理論聯(lián)系實(shí)際,抓好教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),讓學(xué)生能根據(jù)自己的實(shí)際情況,結(jié)合教師的教學(xué)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,驗(yàn)證所學(xué)到的電路原理。但是,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的種種現(xiàn)象又不盡人意,暴露了傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)的一些固有缺陷。
例如:(1)學(xué)生不熟悉電路連接,還沒(méi)有掌握好錫焊技術(shù),所以連接電路時(shí)極易出錯(cuò)。(2)電路連接錯(cuò)誤,易造成電子元器件及測(cè)試儀器的損壞。學(xué)生不熟悉儀器操作也是造成儀器容易損壞的原因。(3)學(xué)生不能根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間,更不能像做家庭作業(yè)一樣在課余時(shí)間進(jìn)行練習(xí)。有限的教學(xué)時(shí)數(shù)與學(xué)生技能的提高矛盾突出。(4)實(shí)驗(yàn)的元器件離散性大,環(huán)境變化引起的溫漂、干擾等因素會(huì)造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差。(5)傳統(tǒng)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是以實(shí)物為主的,設(shè)備易磨損老化,需要定期更新;教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備配置與教學(xué)大綱的教學(xué)要求相對(duì)應(yīng),隨著教學(xué)要求的提高及電子技術(shù)的飛速發(fā)展,實(shí)驗(yàn)設(shè)備的技術(shù)水平也不斷提高,數(shù)量也要有所增加,這要消耗我們有限的教學(xué)經(jīng)費(fèi)。
EDA技術(shù)恰好能夠彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)的不足。它的優(yōu)點(diǎn)是:(1)在計(jì)算機(jī)上即可完成和實(shí)現(xiàn)電路的電氣連接,檢測(cè)電路的電性能。例如,顯示檢測(cè)點(diǎn)的電壓電流波形及對(duì)電路進(jìn)行直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析等多種分析,及時(shí)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(2)評(píng)估元器件參數(shù)變化(包括故障)對(duì)電路造成的影響。分析一些較難測(cè)量的電路特性,如進(jìn)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(shí)驗(yàn)時(shí)間里快速完成較復(fù)雜的電路連接、測(cè)試工作。(4)可以很容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的量化評(píng)估。
三、完成必要的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
由于我們的課時(shí)有限,我們可以挑出典型的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),如共射級(jí)放大電路、射極跟隨器等讓學(xué)生親自焊接后測(cè)量,其余有必要的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以留為課后作業(yè),開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室讓學(xué)生自己完成。要提高學(xué)生的動(dòng)手能力,就必須設(shè)計(jì)綜合性實(shí)用電路來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和自學(xué)能力。為了引發(fā)學(xué)生的興趣和成就感,最好安排一個(gè)平時(shí)能夠用的電路,如音頻放大器或充電器的制作,在此過(guò)程中側(cè)重電路的焊接、測(cè)試和調(diào)試能力的鍛煉。
四、 教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富
教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富,且遵從循序漸進(jìn)的原則?;A(chǔ)部分以二極管、三極管、電阻、電容的測(cè)試開(kāi)始,配以常用儀器練習(xí),讓學(xué)生逐步對(duì)電子元器件及其測(cè)試方法有一定的了解,并掌握實(shí)驗(yàn)中常用電子儀器的使用和測(cè)量方法;之后通過(guò)基本放大電路、組合放大電路、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路、功率放大電路等各種不同的電路組態(tài)的實(shí)驗(yàn),使學(xué)生掌握和熟練運(yùn)用各種單元放大電路;再以集成運(yùn)放為核心的集成運(yùn)放參數(shù)測(cè)試、算術(shù)運(yùn)算電路、比較電路和低通、高通、帶通、帶阻電路來(lái)加深學(xué)生對(duì)集成電路的實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)能力;最后通過(guò)LC、RC正弦波發(fā)生器電路實(shí)驗(yàn)和非正弦波發(fā)生器電路轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生對(duì)反饋和波形的產(chǎn)生有進(jìn)一步認(rèn)識(shí),并通過(guò)AM、FM調(diào)制和解調(diào)電路實(shí)驗(yàn),來(lái)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)通信電路原理的理解。書(shū)中每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都包含實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求,旨在不僅要教會(huì)學(xué)生怎樣去做,而且要使學(xué)生弄懂為什么這樣去做,并啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考。
五、實(shí)驗(yàn)的考核