基于Multisim的電子技術(shù)課程虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境創(chuàng)設(shè)
摘要: 利用EDA仿真工具M(jìn)ultisim,,搭建實(shí)驗(yàn)仿真電路,,在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境,,并在此環(huán)境下采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式開展教學(xué),,以解決傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的問(wèn)題,。
Abstract:
Key words :
電子技術(shù)課程實(shí)踐性強(qiáng),,必須用大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)輔助和加深理論學(xué)習(xí),,但受到實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)分配和實(shí)驗(yàn)室資源配置的限制,,教學(xué)過(guò)程中存在理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)的問(wèn)題,,課堂教學(xué)的效果不好,,效率不高。
利用EDA仿真工具Multisim,,搭建實(shí)驗(yàn)仿真電路,,在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境,并在此環(huán)境下采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式開展教學(xué),,以解決傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的問(wèn)題,。
1 Moltisim簡(jiǎn)介
Multisim是最新EDA工具之一,是以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具,,包含原理圖和硬件描述語(yǔ)言輸入工具,,具有豐富的仿真分析能力,用于板級(jí)的電子電路設(shè)計(jì)。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容,,設(shè)計(jì)者無(wú)需深入了解SPICE技術(shù)就可進(jìn)行仿真,、分析和設(shè)計(jì)。
Multisim的重要特征包括:通過(guò)直觀的電路圖捕捉環(huán)境,,輕松設(shè)計(jì)電路,;通過(guò)交互式SPICE仿真,迅速了解電路行為,;借助高級(jí)電路分析,,理解基本設(shè)計(jì)特征;通過(guò)一個(gè)工具鏈,,無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試,;通過(guò)改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程,,減少建模錯(cuò)誤并縮短建模時(shí)間,。
Multisim經(jīng)過(guò)多個(gè)版本的發(fā)展,目前普遍使用Multisim 10,。Multisim與Labview完美結(jié)合,,用戶可以根據(jù)需求制造出屬于自己的儀器,教育工作者可以方便地把理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來(lái),,解決理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的問(wèn)題,。
2 電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境創(chuàng)設(shè)
電子技術(shù)課程理論系統(tǒng)性強(qiáng),概念抽象,,對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力要求高,。利用EDA工具,選擇課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真,,創(chuàng)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境,,開展以模擬、仿真實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué),,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論和“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”的反復(fù)重現(xiàn),,增強(qiáng)抽象概念的直觀性,加強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)知,、理解和記憶強(qiáng)化,;通過(guò)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程,增強(qiáng)課堂的互動(dòng)性和趣味性,,達(dá)到培養(yǎng)能力,,提高教學(xué)效果的目的。
模擬電子技術(shù)課程可創(chuàng)設(shè)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境有:阻容耦合放大電路,、差分放大電路、兩級(jí)阻容耦合放大電路、負(fù)反饋放大電路,、電壓比較器,、互補(bǔ)功率放大電路、正弦波振蕩電路,、和整流-濾波-串聯(lián)穩(wěn)壓電路,。
數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中可以創(chuàng)設(shè):集成門電路、組合邏輯電路,、觸發(fā)器,、時(shí)序邏輯電路、555定時(shí)器及其應(yīng)用,、D/A及A/D轉(zhuǎn)換器,。
3 應(yīng)用舉例
本文以單級(jí)阻容耦合共射放大電路為例,介紹基于Multisim技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的創(chuàng)設(shè),。
通過(guò)阻容耦合放大電路實(shí)驗(yàn)環(huán)境,,可以開展工作在放大狀態(tài)下三極管電流分配關(guān)系,靜態(tài)工作點(diǎn)與三極管飽和,、放大,、截止三個(gè)狀態(tài)之間的關(guān)系,工作點(diǎn)與溫度的關(guān)系,,元件參數(shù)對(duì)放大倍數(shù),、輸入電阻和輸出電阻的影響等實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)。
根據(jù)教學(xué)需求,,創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境,,在Multisim上搭建測(cè)試電路,圖1為單級(jí)阻容耦合共射放大電路,,圖2為靜態(tài)測(cè)試電路,。設(shè)置實(shí)驗(yàn)所需的信號(hào)發(fā)生器、電流表和示波器,,調(diào)整好測(cè)試參數(shù),。
利用EDA仿真工具Multisim,,搭建實(shí)驗(yàn)仿真電路,,在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境,并在此環(huán)境下采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式開展教學(xué),,以解決傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的問(wèn)題,。
1 Moltisim簡(jiǎn)介
Multisim是最新EDA工具之一,是以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具,,包含原理圖和硬件描述語(yǔ)言輸入工具,,具有豐富的仿真分析能力,用于板級(jí)的電子電路設(shè)計(jì)。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容,,設(shè)計(jì)者無(wú)需深入了解SPICE技術(shù)就可進(jìn)行仿真,、分析和設(shè)計(jì)。
Multisim的重要特征包括:通過(guò)直觀的電路圖捕捉環(huán)境,,輕松設(shè)計(jì)電路,;通過(guò)交互式SPICE仿真,迅速了解電路行為,;借助高級(jí)電路分析,,理解基本設(shè)計(jì)特征;通過(guò)一個(gè)工具鏈,,無(wú)縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測(cè)試,;通過(guò)改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程,,減少建模錯(cuò)誤并縮短建模時(shí)間,。
Multisim經(jīng)過(guò)多個(gè)版本的發(fā)展,目前普遍使用Multisim 10,。Multisim與Labview完美結(jié)合,,用戶可以根據(jù)需求制造出屬于自己的儀器,教育工作者可以方便地把理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來(lái),,解決理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的問(wèn)題,。
2 電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境創(chuàng)設(shè)
電子技術(shù)課程理論系統(tǒng)性強(qiáng),概念抽象,,對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力要求高,。利用EDA工具,選擇課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真,,創(chuàng)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境,,開展以模擬、仿真實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)輔助課堂教學(xué),,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論和“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”的反復(fù)重現(xiàn),,增強(qiáng)抽象概念的直觀性,加強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)知,、理解和記憶強(qiáng)化,;通過(guò)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程,增強(qiáng)課堂的互動(dòng)性和趣味性,,達(dá)到培養(yǎng)能力,,提高教學(xué)效果的目的。
模擬電子技術(shù)課程可創(chuàng)設(shè)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境有:阻容耦合放大電路,、差分放大電路、兩級(jí)阻容耦合放大電路、負(fù)反饋放大電路,、電壓比較器,、互補(bǔ)功率放大電路、正弦波振蕩電路,、和整流-濾波-串聯(lián)穩(wěn)壓電路,。
數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中可以創(chuàng)設(shè):集成門電路、組合邏輯電路,、觸發(fā)器,、時(shí)序邏輯電路、555定時(shí)器及其應(yīng)用,、D/A及A/D轉(zhuǎn)換器,。
3 應(yīng)用舉例
本文以單級(jí)阻容耦合共射放大電路為例,介紹基于Multisim技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的創(chuàng)設(shè),。
通過(guò)阻容耦合放大電路實(shí)驗(yàn)環(huán)境,,可以開展工作在放大狀態(tài)下三極管電流分配關(guān)系,靜態(tài)工作點(diǎn)與三極管飽和,、放大,、截止三個(gè)狀態(tài)之間的關(guān)系,工作點(diǎn)與溫度的關(guān)系,,元件參數(shù)對(duì)放大倍數(shù),、輸入電阻和輸出電阻的影響等實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)。
根據(jù)教學(xué)需求,,創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境,,在Multisim上搭建測(cè)試電路,圖1為單級(jí)阻容耦合共射放大電路,,圖2為靜態(tài)測(cè)試電路,。設(shè)置實(shí)驗(yàn)所需的信號(hào)發(fā)生器、電流表和示波器,,調(diào)整好測(cè)試參數(shù),。
課堂教學(xué)中,借助創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,,運(yùn)行電路仿真,,可以開展如下的實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)。
在圖2電路中,,接通直流電源,,觀察三極管的工作狀態(tài),加深學(xué)生對(duì)靜態(tài)工作狀態(tài)的理解,,消除在靜態(tài),,即沒有變化信號(hào)輸入時(shí),,三極管沒有工作電流的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。
在圖2電路中,,改變電路元件R1,,R2和V2的參數(shù),觀察靜態(tài)工作點(diǎn)Q的變化,,加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電路參數(shù)決定靜態(tài)工作點(diǎn)位置的掌握,。
在圖1電路中,信號(hào)發(fā)生器輸入變化信號(hào),,通過(guò)雙通道示波器觀察實(shí)際電路波形輸出結(jié)果,,如圖3所示,使學(xué)生加深對(duì)共射放大電路放大情況,,輸出與輸入相位關(guān)系的理解與認(rèn)識(shí),。
在圖1電路中,調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL,,觀察負(fù)載對(duì)放大倍數(shù)的影響,,加深理解。調(diào)節(jié)R1,,改變靜態(tài)工作點(diǎn)位置,,使波形發(fā)生失真,讓學(xué)生直觀形象地了解放大器的非線性失真的情況,。
4 結(jié)論
單級(jí)阻容耦合共射放大電路是模擬電子技術(shù)課程講授的第一個(gè)電路,,正確理解并牢固建立靜態(tài)工作點(diǎn)、放大倍數(shù),、波形失真等有關(guān)概念,,掌握這些概念之間以及它們與電路參數(shù)之間的關(guān)系,對(duì)整個(gè)課程的學(xué)習(xí)是至關(guān)重要的,。學(xué)生對(duì)動(dòng)態(tài)放大,、波形失真與靜態(tài)工作點(diǎn)關(guān)系的理解,既是教學(xué)的重點(diǎn),,又是教學(xué)的難點(diǎn),。在本例的教學(xué)活動(dòng)中,通過(guò)創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境仿真分析電路,,測(cè)試電路參數(shù)和觀察波形,,并通過(guò)反復(fù)的演示和觀察,開展充分的互動(dòng)教學(xué),,就可達(dá)到消除學(xué)生的認(rèn)知誤區(qū),,深化對(duì)上述概念的理解和掌握,取得良好的教學(xué)效果,。
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