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基于Multisim的电子技术课程虚拟实验环境创设

现代电子技术 王全宇?? 2011年09月26日 ?? 收藏0

  摘要:为了达到解决电子技术课堂教学脱离实践问题的目的,采用EDA工具Multisim仿真的方法,以单级阻容耦合共射放大电路为例,搭建仿真电路,建立虚拟实验环境。通过运行仿真,描述利用此环境开展教学的过程,探讨电子技术虚拟实验环境的创设,得到在此环境下开展理论与实战相结合的教学,可以解决课堂教学存在问题,提高教学效果的结论。

  电子技术课程实践性强,必须用大量的实验来辅助和加深理论学习,但受到实验学时分配和实验室资源配置的限制,教学过程中存在理论教学与实践教学脱节的问题,课堂教学的效果不好,效率不高。

  利用EDA仿真工具Multisim,搭建实验仿真电路,在课堂教学中创设虚拟实验环境,并在此环境下采用理论与实践相结合的教学模式开展教学,以解决传统教学模式下存在的问题。

  1 Moltisim简介

  Multisim是最新EDA工具之一,是以Windows为基础的仿真工具,包含原理图和硬件描述语言输入工具,具有丰富的仿真分析能力,用于板级的电子电路设计。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容,设计者无需深入了解SPICE技术就可进行仿真、分析和设计。

  Multisim的重要特征包括:通过直观的电路图捕捉环境,轻松设计电路;通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为;借助高级电路分析,理解基本设计特征;通过一个工具链,无缝地集成电路设计和虚拟测试;通过改进、整合设计流程,减少建模错误并缩短建模时间。

  Multisim经过多个版本的发展,目前普遍使用Multisim 10。Multisim与Labview完美结合,用户可以根据需求制造出属于自己的仪器,教育工作者可以方便地把理论知识用计算机仿真真实的再现出来,解决理论教学与实验相脱节的问题。

  2 电子技术虚拟实验环境创设

  电子技术课程理论系统性强,概念抽象,对学生实践能力要求高。利用EDA工具,选择课程中的重点和难点内容进行实验仿真,创设虚拟实验环境,开展以模拟、仿真实验为基础的计算机辅助课堂教学,通过实验验证理论和“实验结果”的反复重现,增强抽象概念的直观性,加强学生的认知、理解和记忆强化;通过学生参与实验过程,增强课堂的互动性和趣味性,达到培养能力,提高教学效果的目的。

  模拟电子技术课程可创设的虚拟实验环境有:阻容耦合放大电路、差分放大电路、两级阻容耦合放大电路、负反馈放大电路、电压比较器、互补功率放大电路、正弦波振荡电路、和整流-滤波-串联稳压电路。

  数字电子技术课程教学中可以创设:集成门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、555定时器及其应用、D/A及A/D转换器。

  3 应用举例

  本文以单级阻容耦合共射放大电路为例,介绍基于Multisim技术的虚拟实验环境的创设。

  通过阻容耦合放大电路实验环境,可以开展工作在放大状态下三极管电流分配关系,静态工作点与三极管饱和、放大、截止三个状态之间的关系,工作点与温度的关系,元件参数对放大倍数、输入电阻和输出电阻的影响等实验演示教学。

  根据教学需求,创设实验环境,在Multisim上搭建测试电路,图1为单级阻容耦合共射放大电路,图2为静态测试电路。设置实验所需的信号发生器、电流表和示波器,调整好测试参数。

单级阻容耦合共射放大电路

  课堂教学中,借助创设的实验环境,运行电路仿真,可以开展如下的实验演示教学。

  在图2电路中,接通直流电源,观察三极管的工作状态,加深学生对静态工作状态的理解,消除在静态,即没有变化信号输入时,三极管没有工作电流的认识误区。

  在图2电路中,改变电路元件R1,R2和V2的参数,观察静态工作点Q的变化,加强学生对电路参数决定静态工作点位置的掌握。

  在图1电路中,信号发生器输入变化信号,通过双通道示波器观察实际电路波形输出结果,如图3所示,使学生加深对共射放大电路放大情况,输出与输入相位关系的理解与认识。

双通道示波器

  在图1电路中,调节负载电阻RL,观察负载对放大倍数的影响,加深理解。调节R1,改变静态工作点位置,使波形发生失真,让学生直观形象地了解放大器的非线性失真的情况。

  4 结论

  单级阻容耦合共射放大电路是模拟电子技术课程讲授的第一个电路,正确理解并牢固建立静态工作点、放大倍数、波形失真等有关概念,掌握这些概念之间以及它们与电路参数之间的关系,对整个课程的学习是至关重要的。学生对动态放大、波形失真与静态工作点关系的理解,既是教学的重点,又是教学的难点。在本例的教学活动中,通过创设的实验环境仿真分析电路,测试电路参数和观察波形,并通过反复的演示和观察,开展充分的互动教学,就可达到消除学生的认知误区,深化对上述概念的理解和掌握,取得良好的教学效果。


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虚拟实验环境? 电子技术? 仿真?

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