虚拟仿真电子技术范文
时间：2023-03-26 17:55:32
导语：如何才能写好一篇虚拟仿真电子技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：虚拟仿真技术；电子技术信息化教学；Multisim仿真软件
大多数高校的工科专业都开设有电子技术课程，该课程是一门理论性和实践性都非常强的课程，需要学生扎实掌握电路原理和分析方法，具备模拟和数字电路的分析设计能力。面对日新月异的新技术和新知识，转变教育思想和教育观念，用新的理念改革教学内容和教学方法，特别是在新工科背景下推进实践教学改革[1]，从而培养工程实用型人才，一项重要的举措就是增加实践教学环节的学时，锻炼学生的实践能力。但是，一方面，受到教学条件和课程设置的限制，无法保证学生能够随时进入实验室；另一方面，传统实验不够灵活，固化的实验项目限制了学生的创造性。因此，很多学校引入了虚拟仿真技术，如电力电子实验仿真平台[2]。还有学校将虚拟仿真技术与教学平台相结合，建立了虚拟仿真实验中心，如林业技术装备虚拟仿真实验中心[3]、电子信息技术虚拟仿真实验平台[4]。本文对如何充分利用信息化教学手段，结合虚拟电子仿真技术进行研究，以期达到提高学生实践能力的目标。
一、电子技术信息化教学概述
电子技术一般分为模拟部分和数字部分，其中模拟部分理论性较强，数字部分实践性较强。对于计算机专业的学生，理论教学多为52学时。很显然，如果学生想牢固掌握知识内容，仅靠课上教学是不够的，学生还需要课下预习、复习和动手实操。为了更好地指导学生进行课下的学习，笔者建设了电子技术网络课程，方便学生自学和复习。笔者针对教学中的重点和难点，录制微课，上传至网络平台，并与学生在线交流。架设实验教学管理服务器，方便学生提交实验报告和结果。在实验教学管理系统中提交的实验结果需要学生在课下完成，引入虚拟仿真技术，学生即可灵活地利用课余时间完成实验预习和实验练习任务。
二、Multisim仿真软件
Multisim是一款非常优秀的仿真软件，利用该软件能够进行板级的模拟和数字电路仿真。该软件比SPICE简单，容易上手，并且该软件功能强大，提供了主流电子器件商生产的超过17000种电子元件。最重要的是，在学生预习和复习阶段，引入Multisim仿真软件不仅能节省大量的电气元器件、实验器材，还为实验提供了安全保障[5]。
三、虚拟仿真技术在电子技术信息化实践教学中的具体应用
在教学中引入虚拟仿真软件，一方面能够让学生拓宽知识面，锻炼其自主学习能力；另一方面满足了学生课程学习的需求。通过网络平台布置预习和练习任务，学生在实验管理服务器上提交结果，达到提高实践动手能力的目的。如图1所示，为虚拟仿真技术在信息化实践教学中的应用场景。下面，笔者以Multisim为例，通过两个实验说明虚拟仿真技术在信息化实践教学中发挥的作用。例如，在进行模拟部分的集成运算放大器实验时，封闭的实验箱仅能锻炼连线等操作，参数调整不方便直观。学生在实验过程中不理解原理，一节实验课变成了实验仪器练习使用课。笔者首先将放大器实验给学生，让其利用Multisim设计如图2所示的仿真电路进行预习，这只需花费很少的时间。通过更换信号源V1，可实现多种直流信号、交流信号的反向放大。调整电阻R3和R1的值，改变反向比例参数的值，学生可以直观地验证反向比例系数。在输出端，学生可以通过示波器、万用表等多种虚拟分析仪器，对结果进行分析和显示。又如，数字电路的实验安排在模拟电路实验之后，传统实验方法是使用不同实验箱分别完成模拟和数字实验，学生还没有完全熟悉一项实验设备就要更换另一种。利用虚拟仿真软件则可以非常容易地实现数字电路结构的仿真，有很好的连贯性。如图3所示，为使用Mul－tisim实现六十进制计数器电路，该级联计数器实验需要较多的连线操作，学生不熟悉实验设备和原理很容易造成课上时间的浪费。如果通过设计如图2所示的虚拟仿真电路，学生就可以充分理解电路原理，学生再进行实物实验时，就可以加快连线速度，取得较好的实验效果，大幅提高学生的实验效率和质量。
篇2
关键词 虚拟仿真 电工电子 教学 实践
中图分类号：G420文献标识码：A
The Application of Virtual Simulation Technology in
"Electrical and Electronic Technology" Teaching
YU Ruihong, LIU Shucong, WANG Quansheng
(Institute of Disaster Prevention, Sanhe, Hebei 065201)
AbstractSome reform and innovation were done on the traditional teaching model, combining with electrical and electronics teaching and curriculum design practice. Virtual simulation software Multisim10 were applied to the "electric and electronic technology" teaching, and the application of software Multisim10 in classroom teaching and curriculum practice were introduced, through the basic common-emitter amplifier and other examples. The teaching practice showed that simulation technology can compensate for the lack of traditional experiments, optimize circuit design, and improve the level of student to design and develop circiuts.
Key wordsvirtual simulation; electrical and electronic; teaching; practice
0 引言
电工电子技术是一门实践性很强的专业基础课，实验教学在这门课程中占有举足轻重的地位，它着重培养学生的实验操作技能和严谨踏实的科学作风，是提高学生分析问题、解决问题以及理论联系实际能力的重要环节。目前，传统的电工电子实验是学生在实验室根据给定的电路图和元器件搭建实验电路，用仪器测量数据，得出结论。传统实验教学在学生增加实物电子元器件知识、培养正确使用仪器仪表的方法及掌握基本的工程测量技术等方面有着无可替代的优势。但是，传统实验也存在实验器件老化，调试不方便，读数误差大，综合性和设计性实验比例偏少等缺点，不利于促进学生综合能力和创新能力的培养。
随着计算机技术的发展，现在已出现利用计算机仿真技术来完全或部分模拟实验设备的情况，运用电路设计仿真软件设计电路，是提高电子线路设计水平和能力的有效方法。利用虚拟仿真技术，教师在用电子教案教授理论知识的同时，可用仿真软件教学，使理论和实践相结合，让学生亲自感受到实际动手操作的乐趣，有效地提高了学生的学习兴趣和效率。
1 仿真技术在教学中的应用
仿真教学是现代教学中的一种全新的教学模式，它既是一种重要的教学方法、教学手段，又是一种新的教学理念。它在教学中显示出来不受时间、空间、经费、组织形式制约的优点和作用是传统教学无法比拟的。Multisi10仿真软件具有友好的用户界面，操作方便，具有数字、模拟及数字/模拟混合电路的仿真能力。它提供的测试仪器和某些仿真元器件的外形与实物非常接近，操作方法也基本相同，是一款非常好用的电子电路仿真软件。将Multisim软件应用于电子技术的教学中，有利于改善教学方法和提高教学效果，有利于学生理解抽象的知识，激发学生的学习兴趣，提高学生综合设计能力。下面结合具体的实例说明Multisim软件在课堂教学中的应用。
1.1 共射放大电路分析
图1基本共射放大电路
图2射极电压图3共射放大电路三极电压
在三极管的基本电路分析这一节中，有不少知识点学生感到难于理解，在做实验时所测得的数据也不一定与理论符合，而我们通过仿真可以很好地掌握各个知识点。首先，依照所设计的电路图搭建电路，如图1所示，接入电压表，编辑完元件(元件参数及标签，快捷键等)后进行电路仿真；然后双击万用表（XMM1）图标，就可以观察三极管e端对地的直流电压，如图2所示。
（1）静态分析。在前面搭建好的电路之上，调节滑动变阻器的阻值，使万用表的数据为2.2V。执行菜单栏中simulate/analyses/DC Operating Point，这样便可得到三极管的三个极的静态电压，即基极，射极，集电极的直流电压，如图3所示。
（2）动态分析。在图1中在输入端加入幅值为 10mV的正弦电压信号，输出端分别接1.5k负载和空载。单击仪表工具栏中的第四个按钮（即：示波器Oscilloscope），并将其接入电路中。单击工具栏中运行按钮，便进行数据的仿真。然后双击示波器图标，得放大电路在接1.5k负载和空载时的输出电压波形，如图4和图5所示。
根据以上仿真结果，学生们可得出如下结论：①静态时基极和射极间电压UBEQ为0.6V~0.8V；②输出电压比输入电压幅值大，电路具有电压放大作用；③输出电压与输入电压在相位上相差 1800，共射极电路具有反相作用；④放大电路的放大倍数与负载有关，负载越大，放大倍数越大。
学生通过观察仿真结果、思考、总结归纳得这些结果，因此印象深刻，理解较透彻。
1.2 低通二阶滤波电路分析
图6 低通二阶滤波电路
图7低通二阶滤波电路特性
2 仿真技术在课程实践中的应用
有源滤波器在信号处理中有广泛的应用，尤其是去除传输过程中无用或者有害信号的频率分量。以前通过理论计算分析有源滤波器的幅频特性，现在利用Multisim仿真软件可得到各种滤波器的幅频特性曲线图，与理论分析对比，学生能够更加形象地掌握各种滤波电路的功能和特性。搭建如图6所示的低通二阶滤波电路，进行仿真之后得到图7所示的频率特性，可以比较直观地看出此滤波电路就是低通滤波电路。通过仿真实验，学生可以自由改变系统的结构、参数，通过观察各个节点的波形来了解模型中每一部分对结果的影响，直到找到满意的理论模型和相应的参数，将呆板的实验变为研究性的学习。
将虚拟仿真技术应用于电工电子技术理论课教学，借助电子线路仿真功能，随时改变电路结构和参数，动态演示电路的特性变化，将原来非常抽象复杂的理论知识变得直观形象，增强了学生的感性认识，加深了对所学知识的印象，降低了学习难度，提高了课堂效率和教学效果。
在课程综合设计和实践中，受实验经费、实验场地、实验耗材等条件的限制，综合性、设计性实验比例偏少，不利于促进学生自主创新意识和创新能力的培养。Multisim软件如同一个大的电工电子实验室，不受器件种类、数量和实验设备的限制，教师可以指导学生做一些综合性、设计性实验，比如数字电路中的数字钟，多功能抢答器，频率计，信号发生器等综合性的实验，这些都能够很好地提高学生的能力，促进学生自主创新意识和创新能力的培养。下面以数字钟为例简单说明数字钟的设计原理。
2.1 设计要求
要求设计一个具有“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示(小时从00~23)的计时器，具有手动校时、校分的功能，用74系列中小规模集成器件去实现。
2.2 数字计时器的基本设计原理
数字计时器一般都由振荡器、分频器、译码器、显示器等几部分组成。其中，振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“时”显示由二十四进制计数器、译码器和显示器构成；“分”和“秒”显示分别由六十进制计数器、译码器和显示器构成。数字钟原理框图如图8所示，主要设计部分分析如下：
（1）振荡器:通常选用石英晶体来构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时的精度就越高。
（2）分频器:功能主要有两个：一是产生标准秒脉冲信号；二是可提供功能扩展电路所需要的信号。选用中规模计数器74LS90D,每片为1/10分频器,选择合适的片数级连即可获得1Hz标准秒脉冲信号。如果振荡频率为100kHz，就得需要5片74LS90D进行级连。
（3）计数器：根据图8所示，显示“时”、“分”、“秒”需要6片中规模计数器。其中，“分”、“秒”位计时各为六十进制计数器，“时”位计时为二十四进制计数器。六十进制计数器和二十四进制计数器都选用74LS90D集成块，采用反馈清零法。
（4）校时电路：当刚接通电源或计时出现误差时，都需要对时间进行校正。将各模块连接成完整的电路，就能方便地设计出数字钟电路，使得学生们能够学以致用，激发了他们的学习兴趣，另外通过不断的改变控制逻辑电路部分，可以使电子钟表的功能不断地得到完善，使得学生们的创新能力得到了锻炼和提高。
图8数字钟设计原理图
3 结束语
Multisim软件如同一个大的电工电子实验室，可以弥补实验设施的不足,为实验提供了极大的便利，极大地提高了实践教学环节的质量；Multisim软件还可以辅助理论教学，教师可以在讲解完理论后直接进行实验和演示，使得物理过程更为形象直观；此外，Multisim软件用户界面直观，操作方便，学生在课后可自己设计电路，加理解电路功能及仪器仪表的使用，还可激发学生的学习兴趣，有效地调动学生的主观能动性，学生可以自主开发和设计一些电路，激发了学生的创新意识，培养了学生的创新能力。
利用Multisim软件提供的虚拟电子工作平台，可以方便地完成各项实验和教学工作。 但是仿真软件的操作不能代替实际电路，要充分发挥传统实验和虚拟实验各自的优势，在保留传统硬件实验的前提下，将以计算机仿真技术为主的仿真实验融合到传统的实验教学中来，构建一个新型的实践教学体系，以提高学生动手能力、分析问题解决问题的能力，提高学生自主创新意识和创新能力，全面提升学生的综合素质。
参考文献
[1]王冠华.Multisiml0电路设计及应用[M].北京:国防工业大学出版社,2008.
[2]马风格,梁夏,李桂香.Multisim在电子线路实验教学中的应用探索[J].实验技术与管理,2005(12):73-75.
[3]陈晓文.基于Multisim2001的电子线路仿真实验[J].山西电子技术,2005(5):14-16.
篇3
【关键词】虚拟仿真;数字电路;课程改革;教学方法
【中图分类号】G420 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)07―0147―04
一 前言
数字电子技术是计算机及通信类专业的重要的专业基础课,其中关键的环节就是培养学生的实践能力和解决问题的能力,因此,生动形象的课堂教学和全面的实验体系对教学效果和知识的应用能力有着非常重要的作用。然而,由于实验仪器的的老旧,数量有限,使得实验的开出率以及实验内容的扩展都受到限制。为顺应现代教育的发展,实施的现代化远程开放教育,将计算机虚拟仿真技术应用于数字电路教学中。其中理论教学结合多种教学方法和现代化的教育技术,将基础知识和理论形象地表现出来,有助于学生理解。课堂教学和实验教学都利用计算机虚拟仿真软件将所学理论联系实际,并加以应用,在此研究基础上提出了基于虚拟仿真技术的所有电子技术课程教学的新模式。
二 计算机虚拟仿真技术
虚拟现实(Virtual Reality)技术,简称VR,涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等多个领域。它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境――虚拟环境,可以逼真地模拟现实世界(甚至是不存在的)的事物和环境,人投入到这种环境中,立即有“亲临其境”的感觉,并可亲自操作,与虚拟环境进行交互[1]。
计算机虚拟仿真技术,是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上,利用计算机技术将仿真技术与虚拟现实技术相结合,是一种更高级的仿真技术。虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征,并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器,也可以是其他的虚拟仿真系统,更多的是计算机。实体在虚拟仿真软件所提供构建的环境中相互作用,以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征,可以满足现代教育的发展需求[1]。
三 课程教学的若干问题及改革研究
对于理论教学环节,首先是教学内容陈旧。当前大中专院校所用的教材内容都是十几年前的,即便是近几年出版的教材,也只是内容的深浅不同,体系结构基本相同。比如教材中主要说明的74LS系列的芯片在目前实际应用中已经被淘汰,真正是学的没用,用的没学。现在的学生在学习中,非常关注所学知识的实用性,如果不能学以致用,就影响到学习兴趣和学习积极性。因而在课程教学中要及时更新教学内容,讲解传统芯片的同时多介绍一些现在普遍使用的芯片,当然也要根据学生学习程度,最大可能激发学生的兴趣[3]。
其次是教学方法。常用的教学方法无非就是这几种:讲授法、讨论法、谈话法、阅读指导法。根据课程的特点和教学要求,不能一成不变的套用传统的教学方法。这些方法对有些课程很有效,但是对计算机课程不一定全部适合,因此需要探索适合本课程需求的新的教学方法。笔者在教学中通常有如下几种方法:讲授法,这是传统的教学方法,教师口述基本事实、原理和推理过程。部分定理,原理及产品采用讲授法。例举法,就是以典型例题说明某个定理或元件的应用,这是本课程用的最多的一种方法。在数字电路课程中有很多芯片的实际应用,有些是针对某部分内容的很典型的例子,这些例子对于学生理解和掌握此部分知识非常有用。任务驱动法,就是教师布置一些运用某个知识点的题目,要求学生在课堂上有限的时间里做出来,并检查完成情况。这样学生对该节课所学知识从理论到应用有了一个全方位的认识,而且对每个知识点掌握得都比较透彻,这是近年来比较流行的一种教学方法,也是计算机专业课程特有的一种教学方法,对提升教学效果有显著作用。
再次是教学手段,不是单纯的使用多媒体课件,而是结合计算机专业特点引入现代化教育技术和手段,很多典型例题用计算机仿真软件在课堂验证,让学生直观形象地了解电路的工作情况,从而掌握电路或芯片的应用。
对于实验教学环节,首先是实验设备简陋。很多高校数字电路实验设备包括我校仍然使用老式实验箱,即由固定数字电路芯片搭建的实验,学生只能按实验教材设计的实验按步骤做固定的实验,实验内容都是以芯片讲解为主,目的是对芯片功能进行验证。因此学生把实验课当完成任务,实验环节没有促进教学,相反影响了教学效果。很多新的芯片不能认识和实践,使得实验教学方法与实际应用的要求严重脱节。其次在实验教学过程中,由于实验设备老化,个别元件被损坏或接触不良,导致学生实验中,出现一些问题,电路连接完全正确,但是就是得不到正确结果,结果费了很多时间去排除故障,这样做实验当然激发不了学生的兴趣,相反还会阻碍他们进一步探索。再次,由于实验条件的限制,实验项目只能停留在验证性实验层次,学生的设计能力和综合应用能力都得不到提高,利用电子电路的计算机虚拟仿真软件multisilm10就可以解决这个问题,利用这个软件可以自行设计集成电路,综合应用各种芯片,完成所有的数字电路实验[4]。在教学实施中,根据学生情况分验证性实验、设计性实验和综合性实验三个层次完成实验教学目标。
四 计算机虚拟仿真技术在课程教学中的应用
1 课堂教学中的应用
在课堂讲到门电路的工作原理或集成电路的应用时,可以现场用计算机仿真软件演示电路的工作过程,使学生更好地理解门电路的工作原理和芯片的工作情况。从而掌握电路的应用。这样,教学过程是由原理到应用,由简单到复杂,由抽象到现实,循序渐进地完成理论知识的学习。数字电路的基本单元是门电路,那么理解其工作原理非常重要,但是此部分对于大部分同学来说都是难点,如何突破这个难点呢?利用软件建立仿真电路,真实地展现输出电压随输入电压的变化情况,就会获得很好的效果。下面是利用仿真软件说明TTL与非门工作原理的课堂实例:
(1) Vi=0V,输入接低电平。那么Q1导通,Vb1=0.8V,Ib5
(2) Vi=3.6V,输入高电平。那么Q1的发射极电流从发射极(0.852mA)流入,从集电极流出,Q1的发射极和集电极倒置状态。Vb1=2.443V,Vb5=0.843V,Vbc1+Vbe2=2.443-0.843=1.6V,导致Q2、Q5导通。由于Vc2=0.886V,Q4、Q5截止。输出Vo=0.018V。其电路仿真如图2:
2 实验教学中的应用
大学生需要有独立的设计能力和对电子器件的综合应用能力,这就决定了本课程的实验体系应该是三个层次,在简单的验证性实验的基础上必须开设有创造性的设计性实验和综合性实验。然而实验室有限的数字电路实验箱只能做几个简单的验证性实验,无法满足设计性实验和综合性实验的设备要求。但是,利用电子电路的计算机仿真软件就可以扩展实验室,提供所需要的一切电子元件和芯片,搭建任意难度,任意复杂的电路,并验证其正确性。同时利用仿真软件的可配置性,配合适当的电路可做出多种不同的应用。在实验课程中,提前给出了三种实验的一些题目和内容,要求验证性实验必须都完成,设计性实验可选做一至两个,综合性实验选做一个。下面简要说明学生利用仿真软件选做的数字电子钟逻辑电路的设计实例。
要求用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分秒的数字电子钟,选用器材主要有:安装有仿真软件的计算机若干台,集成电路(CD4060、74LS74、74LS161、74LS248),晶振、电阻、电容若干,数码显示管,三极管、开关若干。
提示设计方案,包括数字电子钟的电路框图和四个主要模块的实现细节,学生依据电路框图和提示信息设计逻辑电路图,并将其在虚拟实验环境中用仿真电路实现。下面给出数字电子钟的电路框图。
篇幅所限,参考电路就不给出,但是通过这个实例可以看出虚拟仿真技术在课程实验中的重要作用。不但节省很多设备购置费用,不受地点和环境的限制,而且和真实实验具有相同的效果。既然如此,为什么不广泛应用呢?
五 总结
论文对数字电子技术课程教学提出很多问题,在实际的教学实践中对这些问题进行了探索,将计算机虚拟仿真技术引入教学中,采用现代化教育手段进行课程改革。课堂教学提出了很多适合本课程并行之有效的教学方法,重要电路工作情况的计算机仿真演示,部分例题的计算机仿真验证,增强其直观性和真实性,加强学生的理解。实验教学也利用计算机仿真软件,采用虚拟实验和真实实验相结合的方式,扩充建立了虚拟实验室,扩展了实验内容,在无需花费很大代价的情况下,满足了设计性实验和综合性实验的条件,从而完成三个层次实验体系的建设。在本文的研究基础上,可将虚拟仿真技术推广应用到所有电子技术课程教学中,引发电子技术课程改革的新局面。
参考文献
[1] 吕,邓春健等.利用EDA技术全面改进数字电路课程教学[J].福建电脑,2008,(6).
[2] 刘静,边晓娜等.基于EDA平台的虚拟电子实验研究与实践[J].计算机教育,2007,(7).
[3] 黄培根等著.multisim 10 计算机虚拟仿真实验室[M].北京:电子工业出版社,2008.
[4] 黄荻.融入EDA技术,深入数字电路课程改革[J].中国现代教育装备,2008,(2).
[5] 江晓安等编著.数字电子技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.
[6] 房建东,李巴津等.关于改进电子技术相关课程教学的思考[J].内蒙古工业大学学报(社会科学版),2004,(1).
篇4
【关键词】电工与电子技术 实验教学 Multisim仿真软件
一、传统电工与电子技术实验的局限性
电工与电子技术课程内容跨度大且抽象，理论性和实践性均很强，必须通过实验教学才能将理论和实践很好地结合起来，在实验中巩固和理解理论知识，更重要的是培养学生对电路的分析设计能力和解决问题的能力。所以电工与电子技术实验是整个教学过程中十分重要的环节。
但是传统的实验教学往往存在着一些局限性：传统实验设备易磨损老化且淘汰率较高，定期维护与更新需耗费大量的时间、人力和财力；学生素质和动手能力参差不齐，连接电路时极易出错造成元器件及设备损坏；有限的设备和教学学时不能满足学生实验学习的需要；实验以验证型为主，方法陈旧单一，效果不够理想。
二、仿真软件介绍
随着电子电路分析与设计方法的不断改进，虚拟仿真技术作为一门新兴的计算机技术迅速崛起，出现了一批电子设计自动化软件EDA（Electronic Design Automation），尤其以美国NI公司的Multisim为代表，是目前最方便、最直观的仿真软件。Multisim拥有品种齐全的元件库、丰富的测试仪器仪表、完备的分析手段和强大的仿真能力。软件中直观的人机界面像一个电子实验工作平台，绘图所需的元器件和仿真所需的仪器仪表均可直接拖放到工作区，轻点鼠标即可完成导线的连接，软件仪器的控制面板和操作方式与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。
应用Multisim仿真软件进行虚拟仿真实验，方便、快捷、逼真，既可以解决上述传统实验中诸多不利因素，又可以作为传统实验的有益补充，激发学生对实验的兴趣，加深对理论的认识和理解，进一步提高学生的综合设计水平和创新能力。
三、Multisim软件在电工与电子技术实验中的应用
1 Multisim仿真实验实施方案
首先学生应熟悉仿真软件的使用方法和电路图的绘制方法；再根据实验内容和要求在虚拟元件库和仪器库中选择虚拟元器件和测试仪器，并设置相关的参数；进而绘制出实验电路图，运行仿真软件进行虚拟电路的测试；最后学生还要分析输出的测试数据与理论计算结果是否相符或是否满足设计要求。在整个虚拟仿真实验过程中，既能够锻炼学生的读图和绘图能力、增强对电路的感知，又能充分调动学生的积极性并培养创新能力。
2 应用实例
为某一燃油锅炉设计一个简单的组合逻辑报警电路：在燃油喷嘴处于开启状态时，若锅炉水温或烟道水温过高则发出报警信号。设计中用A、B、C三个输入变量分别表示燃油喷嘴、锅炉水温和烟道水温的逻辑状态，用输出变量状态表示是否发出警报信号。应用Multisim10.0仿真软件可以简化设计过程，即在软件特有的虚拟逻辑转换器（对话框如图1所示）中列出输入、输出变量对应的状态值（即逻辑状态表），虚拟逻辑转换器便可自动列写出对应的逻辑表达式，并按需要的门电路自动绘制出组合逻辑电路图（如图2所示）。学生可以将此结果与理论设计结果相比较，并用实验设备实际操作验证，最终得出实验结论。
图1 逻辑转换器对话框
图2 参考组合逻辑电路图
四、结语
将Multisim仿真软件应用于电工与电子技术实验，是实验教学有效的辅助手段，成为学生理论学习和实验教学的良好衔接。电工与电子技术仿真实验并不会代替传统设备实验，而是作为其有益补充。学生先对实验进行仿真，再用设备实际操作，可以少走弯路，节省时间，减少元器件的损耗，同时还可以打破地域和时间的束缚，充分调动学生自主学习的积极性，从而提高学生的电路分析水平和综合应用水平，培养动手实践能力和设计创新能力，把电工与电子技术的实验教学推上一个新的高度。
【参考文献】
[1]姜莉，马远新.基于仿真软件的虚拟电工电子实验室的建设[J].福建电脑，2010（6）：18-19.
篇5
【关键词】Multisim；电工电子技术；教学
电工电子技术是工科院校非电类专业的基础课程之一，其内容涵盖电工技术基础、模拟电子技术基础和数字电子技术基础等三部分内容。该课程教学内容主要是由理论和实验两部分组成，是一门理论和实践高度契合的课程。但是在电工电子技术教学中，由于实验设备种类较多，而且也不易携带，所以在教室授课的教师往往将授课重心放在理论讲解和电路的分析计算上，课堂教学与实际电路的应用及操作结合不充分，使得教学内容呈现方式缺乏直观性，非常抽象难懂，因而学生的学习积极性不高，导致该课程的授课效果较差。
随着计算机技术的发展，多媒体教学已广泛应用于高校课堂；另外，电子设计自动化EDA软件Multisim不仅对电路具有良好的仿真分析能力，而且还能够贴近实践操作，完全能满足电工电子技术理论教学中实例展示的需求。因此，通过多媒体技术，将Multisim软件引入电工电子技术教学中，不仅为授课教师提供了一个便捷的电路分析展示平台，而且也让学生在抽象的理论教学中观察到电路运行的真实过程，增加了学生的感性认识，这将大大激发学生的学习兴趣，促进电工电子技术教学的向着更深层次的方向发展。
一、Multisim软件简介
Multisim是加拿大Interactive Image Technoligics公司推出的专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具， Multisim是一个完整的集成化设计环境，其特点及功能如下：
① 人性化的图形界面：Multisim软件的整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到工作窗口内，用鼠标点击相应的端口即可将其用导线连接。软件中虚拟仪器的控制面板和操作方法都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上展示的一样。
② 丰富的元器件库：Multisim元器件库包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种电子元件，而且用户可以自行创建或修改所需元件模型。
③ 多样化的测试仪器：Multisim具有数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪等多种虚拟仪表，所有仪器均可多台同时使用。
④ 完备的分析手段：Multisim具有直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、噪声分析、失真分析、等多种分析工具，基本能满足一般电路的设计分析需要。
⑤ 强大的仿真能力：Multisim可以对模拟和数字电路进行单独仿真或者混合仿真。
Multisim仿真与虚拟仪器技术可以弥补理论教学中因实验设备不足而造成的理论教学与实际操作相脱节的这一问题。学生可以很方便地把学到的理论知识用Multisim仿真的方法真实的再现，加深学习印象。
二、Multisim在电路计算中的应用
在电工电子技术理论授课中，教师在讲解电路的基本定律（定理）的时候，不仅要对定律进行阐述，而且也要对其进行推导证明，然后还要举例验证定律的正确性。虽然教师对知识点的阐述已经非常明晰了，但是在学生内心总觉得还缺少点什么，其原因在于学生没有观察到实际电路，对教师所传授知识的正确性存在一丝怀疑――这样分析计算对么？为了解决这一问题，让学生在理论知识的学习中观察到电路的工作过程，本人在电工电子技术的理论授课中，采用Multisim软件来进行举例展示，下面以基尔霍夫定律来展示教学过程。
① 对基尔霍夫电压定律进行阐述，并讲解其使用方法；
② 使用教材所给例子，检验该定律的正确性及相应的计算方法
③ 使用Multisim软件绘制的教材所提供电路图；
④ 在电路需要计算电压的位置放置虚拟万用表，并对万用表的功能进行选择；
⑤ 确认所有操作步骤无误后，进行仿真，并记录各个万用表测得的数据；
⑥ 将测量的数据与理论计算的数据相比较，验证理论的正确性，其结果如图1所示。
图1 基尔霍夫电压定律验证实验电路图
通过实验发现，无论是对上述电路中的哪一条回路进行仿真计算，其电压之和为总为零，这与基尔霍夫电压定律完全一致。该仿真过程的优势在于不用复杂计算，便可以得知所需的电路参数，省工省时，形象直观。
三、Multisim在电路设计中的应用
在电工电子技术的授课目的之一是让学生学会分析及设计电路。但是对于没有任何设计经验的学生来说，如何验证自己设计电路的正确性呢？如果遇到复杂的电路如何快速读懂电路的作用呢？Multisim仿真软件可以辅助解决此类问题。此处以最为常见的线性电源电路设计为例来讲解如何应用Multisim来进行电路设计及分析的，其具体步骤如下：
① 分析电路设计需求，划分电路各部分的功能。该电路分为降压、整流、稳压和滤波等四部分；
② 在Multisim软件中，按照功能划分，选取各部分电路所需元件，并按照合理的位置进行布局；
③ 连接各元件，检查并分析电路的可行性；
④ 根据电路所需测量信号的类型，在电路的关键部位放置所需的虚拟仪器，此处只需要虚拟示波器即可；
⑤ 进行仿真测试，并通过虚拟仪器输出的信号验证设计的正确性，并及时更改关键元件的参数，使得电路更为合理，其完整电路如图2所示。
图2 线性电源电路图
通过图2中的两个示波器可以分别观察电路输出信号在各阶段的波形，如图3所示。
图3 示波器输出的各阶段整流信号
通过观察示波器输出的信号波形，不仅可以看到线性电源电路的输出波形，而且还可以根据设计要求，更改相应元件的参数，使得电路满足设计要求。通过Multisim仿真的设计方法不仅降低了电路设计的难度，而且也验证了所设计电路的可实现性；另外，教师还可以引导学生进行探索学习，课外让学生利用软件完成作业。这样有利于培养学生的学习兴趣，并且可以形成良好的学习氛围。
结论电工电子技术教学改革是一个持续不断的探索和改进的过程。通过将Multisim电路虚拟仿真平台引入课堂教学，不但能够帮助师生验证理论，使抽象问题直观化、生动化，还能够给予学生更多观察电路、设计电路的机会，同时也为实际电路的操作提供了演练机会。这对于激发学生的学习热情，提高学生的动手能力都有很大的促进作用，能够有效地提升课程的整体教学效果，达到良好的教学目标。Multisim的引入是电工电子技术课程教学改革的有效手段之一。
参考文献：
篇6
关键词： Multisim 虚拟实验 真实实验
1.引言
Multisim应用于电路分析课堂教学，使抽象的概念变得具体，使枯燥的内容变得生动，加深了学生对理论知识的理解掌握。从课堂教学效果来看，既能活跃课堂气氛，又能调动学生的学习积极性，激发学生的学习兴趣。学生可以利用仿真软件进行电路仿真、电路设计，利用虚拟仪器测量验证，拓宽知识面。仿真技术引入课堂，使理论与实践得到统一。通过Multisim虚拟仿真软件，学生可利用电脑进行电路仿真及仿真分析，检验电路设计方案在功能方面的正确性和可行性，以达到熟悉电路、掌握工作原理和进行实验创新的目的，为高效率地实验打好基础。应当注意的是仿真实验教学是一种现代化的教学手段，不能代替实际操作，否则会削弱学生对真实仪器的感觉，影响实验技能的掌握。所以，仿真实验必须与传统实验教学相结合才能发挥其应有的作用。
2.电子技术课程虚拟和实际实验教学的对比
传统的电子技术实验方法是：学生在实验室根据给定的电路图和元器件搭建实验电路，甚至部分实验使用了现成的电路板，用仪器测量数据得出结论。在实际实验之前，学生要根据实验目的设计实验步骤，在实验过程中则要一边动手做实验一边仔细观察实验现象（包括借助于实验仪器来观察）、记录实验数据，并通过分析实验现象进行推理并最终得出实验结论。相对于真实实验，虚拟实验是基于虚拟现实技术实现的，在虚拟实验系统中，实验设备和实验仪器虚拟化，实验现象和实验过程虚拟化，学生在虚拟实验中通过操作鼠标、键盘及与计算机相连接的各种多媒体数据输入设备进行点击或拖放等动作，从而实现对虚拟设备的操作，完成对虚拟实验的体验。学生从虚拟实验中得到的是一种虚拟的体验，这是一种抽象的体验。在电子技术实验教学中，虚拟实验采用MultiSim1.0软件设计与仿真，即在计算机上设计搭建电子电路，并修改电路及其元件参数，用虚拟仪器测试电路性能并分析原因，完成电子电路的设计定型。仿真通过后，在实验室采用硬件电路实现，并将虚拟实验的结果与硬件实验的结果进行对照分析，通过实际电子电路的设计过程，培养学生的综合分析能力和开发创新能力。通过MultiSim1.0仿真，不仅可以减少实验耗材的消耗，避免实验设备或仪器的损坏，还可以解决实验室高档仪器和元器件不足的问题，具有较强的灵活性。如果学生没有一定的知识和经验，特别是亲身体验作为基础，那么这种虚拟和抽象就不符合学生的认知发展规律，对学生学习经验的获取和意义的建构不仅不具有积极的作用，反而因过于抽象或虚拟而起阻碍作用。
3.虚拟和实际实验的互补作用
虚拟实验是根据教学模型建立的是理想化，虚拟实验包括虚拟元件和虚拟仪器两部分。在虚拟实验中会有一些因素影响其实验数据和结论，只有虚实结合才能正确分析实验结论，而虚拟实验虽能简化实验过程，提高实验的效率和安全性，但不能锻炼学生的动手能力。
（1）目前的虚拟实验系统是实验只能按照固定的、正确的操作流程或方法进行，否则实验不能得到正确的结果，这个结果是机械的，是由程序本身决定的，而不是真实情况的反映。因为程序开发人员是严格按照实验步骤和实验现象进行设计和开发的，可以说一个实验只有一个结果，实验中，不允许学生操作错误或者对实验进行一些改变，这样不利于培养学生从操作失误中发现问题和解决问题的能力，限制了学生的发散思维和创造性思维的发展。
（2）虚拟元件的阻抗通常是默认的，但有些值也可以设置，实际元件每个阻抗可能都不相同，如设置阻抗参数就和操作人员的实际经验有密切的关系，经验越丰富，设置的参数就越接近实际情况，用默认值可能就会有与实际实验不同的数据和结论。
（3）在真实条件下做实验也会因仪器的精度、操作的方法、量程的选择、实现的方法有不同的结果，这本身就是不可避免的误差产生的因素。虚拟实验的理想化和真实实验的具体情况本身就有一定的差异，在必然和理想条件下的实验数据和结果存在误差。
（4）虚拟元件中不可能存在真实实验中的一些情况。如导线会存在的分布电容、电感、电阻，对虚拟实验的结果会有一定的影响。
（5）虚拟实验在一些演示性和验证性类型的实验中发挥了较好的作用，但是在实际操作性强的实验中，则降低了学生的动手操作能力。比如，电子技术很多实验中，需要实验者根据不同的实验条件使用不同的导线连接实验线路。在虚拟实验中，只要点击相应的按钮就可以把导线连接到仪器上，学生根本体会不出不同方法所用的导线及导线连接方法有何不同，不能锻炼实际动手能力。
要使虚拟实验和实际实验的数据和结论接近，关键在于虚拟实验系统在建立虚拟仪器和元件库时，要考虑实际的环境和结论后，设置一些指标和参数，同时也要使真实实验的条件向理想情况趋近，如保证理想的室内温度，考虑参数的分散性等，这样才能使虚拟实验的数据和结果仿真到实际实验的数据和结果。电子技术虚拟实验，增强了实验课的教学效果。虚拟实验不受时间及空间的限制，学生可以自主地完成实验，具有良好的发展前景。但虚拟实验的实现是一项复杂的工作，还有许多理论和技术问题有待进一步探讨，因此，在现有条件下，虚拟实验是不可能完全代替实物实验的。在实物实验过程中，元件参数分散性、误差、噪声等现象是客观存在的，对于培养学生的和创造性思维是至关重要的，也要引起足够的重视。只有先理论后实践，先做真实实验后做虚拟实验，或先做虚拟实验后做真实实验，才能使二者有效结合，相互依存，使电子技术实验更完善。
参考文献：
[1]秦曾煌.电工学[M].北京：高等教育出版社，1999.
[2]李奋荣.浅析虚拟电子技术实验的教学优势[J].2009年5月内蒙古师范大学学报（教育科学版），2009，VOL22（5）.
[3]黄依珍.谈谈虚拟实验在课程教学中应用[J].装备制造技术，2011（3）.
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摘 要：摘要： Multisim11是一个适用于电子电路、单片机及VHDL等多学科的仿真与设计的EDA工具软件。文章介绍了Multisims11仿真软件的主要功能及特点，并结合该软件对单调谐高频小信号放大电路的主要质量指标进行了测试与仿真分析，结果直观、精确，很好地验证了理论，表明该软件有强大的仿真和分析功能，在实现高频电路分析和设计方面不仅高效、可靠，而且具有逼近真实电路的效果。
关键词：关键词：Multisim11；高频电子技术；仿真
中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
“高频电子技术”是电子和通信专业的一门专业基础课，高频电路实验在通信系统和设备中占有重要的地位,通过实验达到加深理解所学的理论知识,培养理论联系实际、分析与处理实际问题的能力。但是由于高频实验对仪器精度要求高,易受外界的干扰,分布电容等原因,高频实验中存在的一个最大的问题就是实验原理较难,实验电路复杂，实验效果容易收到外界信号干扰。虚拟电子实验系统是以虚拟仪器和虚拟实验为基础,借助于图形/图像、仿真和虚拟现实等技术在计算机上模拟相关的软硬件实验环境、实验对象和实验过程,应用虚拟现实技术来仿真现实中的实验的计算机应用系统,具有仿真性、实时交互性、共享性、协同性、可重用性等特点。文章将结合高频的典型实验电路为例探讨基于Multisim11的高频电子技术仿真分析及研究.计算机工程与设计, 2004, 4: 65-67.
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关键词：Multisim； 数字时钟； 实验教学； 电路仿真
中图分类号：TN71034; TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004373X(2012)10018402
加强实验教学、提高动手能力与创新能力是高等教育的教学重点。伴随着电子技术的快速发展，元器件、设备仪器不断更新，现有的实验室条件无法满足各种电路设计、调试要求，尤其综合性、创新性实验需要多种仪器共同完成其功能，暴露出实验室仪器设备费用高、损耗大、更新慢的缺点，一般高校无法满足此类实验要求。电路仿真软件Multisim拥有庞大的元器件库，具有强大的虚拟仪器功能，有一般实验室少有的频谱分析仪、网络分析仪等虚拟仪器。在电子技术基础实验中引入Multisim，再配合传统的实验设备进行实验，减轻了购买、更新实验设备的资金压力。可以说，利用虚拟仪器技术进行实验教学已经势在必行。有些院校已经使用Multisim展开教学［19］。
1 数字时钟实验
数字时钟实验是电子技术基础实验中的综合性实验之一。数字时钟是一种典型的数字电路，包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路，通过设计数字时钟，学生会进一步了解数字时钟的原理和集成电路的使用方法，加深掌握逻辑电路的原理和使用方法。
1.1 数字时钟的组成
数字时钟是一个对标准频率（1 Hz）进行计数的计数电路。在计数时，如果起始时间和当前时间不一致，还需要加一个校时电路。同时，校时电路还可以在调试数字时钟时发挥重要作用。数字时钟构成如图1所示。
图1 数字时钟框图1.2 模60和模24计数器的实现
“秒”和“分”计数器都是模60计数器，由个位的10进制计数器和十位的6进制计数器组成。74LS90是10进制计数器，利用2片74LS90，通过异步清零功能，并配合与门74LS08使用，实现模60计数器或模24计数器的功能。
1.3 译码电路
译码电路可以选用4线7段译码器/驱动器74LS248，采用共阴极LED数码显示器。
1.4 校时电路
当数字时钟接通电源或计时出现误差时，需要校准。常用的校准方法为“快速校准法”，即校准的时候使分、时计数器对1 Hz的秒脉冲信号进行计数［10］。
2 仿真、测试
实验环境：Multisim10.1，Windows XP。经实际测试，60进制和24进制计数器都能够运行正常，能够实现60进制和24进制的逻辑功能，校时电路也能够对时、分计数器进行校正。实现了数字时钟的功能。
仿真电路如图2所示。
图2 数字时钟整体电路3 结 语
使用Multisim仿真数字时钟时，如果按照现实中的时、分来计时的话，不便于观察时钟运行周期。比如，花费一天的时间才能观察24小时的显示周期是否正确。而提高输入脉冲的频率，可以“缩短”时间，实验者可以花费较少的时间观察时钟运行周期的变化。运行环境是CPU AMD Athlon 2.01 GHz,仿真脉冲最高频率达到240 MHz，再高的频率就影响LED的显示，无法清晰观察时钟的变化。数字时钟的实验还能做一些功能扩展，如整点报时、定时控制，可以留做大学生创新性实验的一部分。通过制作数字时钟，即加深了理论知识的学习，还锻炼了动手能力和创新能力。先利用Multisim仿真，再用实际器件搭建电路，实现逻辑功能，一方面节省了器件费用、减少了仪器损耗，另一方面，提高了工作效率。因此，利用Multisim强大的功能对电子电路进行仿真测试，参数精确可靠，可以提高电路的设计和分析效率。
参 考 文 献
［1］ 李文秀，刘春艳.Multisim在电工电子技术实验教学中的应用［J］.青海大学学报，2010（28）：9295.
［2］ 李春然，杨雅娟.移位寄存器的Multisim仿真［J］.现代电子技术，2010,33（22）：128129，132.
［3］ 孙津平.利用Multisim实现RS触发器功能仿真测试［J］.现代电子技术，2011,34（15）：190193.
［4］ 马敬敏.集成计数器74LS161的Multisim仿真［J］.现代电子技术，2011,34（3）：166167，170.
［5］ 吕曙东.Multisim10在差动放大电路分析中的应用［J］.现代电子技术，2010,33(22):2427.
［6］ 曹鸿霞，冒晓莉.Multisim10在单管共射放大电路中的应用［J］.现代电子技术，2011,34（14）：169172.
［7］ 朱华光.Multisim10在模拟电路实验中的应用及研究［J］.现代电子技术，2010,33（15）：192196.
［8］ 于波，吕秀丽.Multisim11在高频电子线路教学中的应用［J］.现代电子技术，2011,34（10）：193195，198.
［9］ 腾香.二进制译码器逻辑功能的Multisim仿真方案［J］.现代电子技术，2010,33(20)：1112，16.
篇9
关键词:电子技术；CDIO；虚拟仿真；教学改革
1引言
电子技术是上海工程技术大学非电类专业学生的一门公共基础实践课程。电子技术实验课程不仅可以巩固学生课堂所学的部分基础知识，而且有利于培养学生工程实践和创新能力。CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）模式，即“构思—设计—实施—运作”模式，其在电子实习教学中得到广泛应用[1-6]。上海工程技术大学工程实训中心也通过开展CDIO模式的电子实习实践，不仅强调学生对电子技术、电工技术等课程基础知识的复习和掌握，也注重在基本技能训练过程中培养学生团队协作和创新精神[2]。它通过项目的构思设计和实施运作，将学生的整个课程体系有机地结合起来，从而达到知识的系统学习和工程实践能力的全面提升。
2电子实习教学改革前存在的问题
学生在课前预习率不高，导致自学能力提升不足实习学生在实习上课前都会分到电子实习教材，大多数学生没有对教材进行课前预习。在电子实习期间，教师在实训教室对实习教学进行讲解，学生基本上被动听课。在实习过程中，学生完全听从教师的安排，不少学生缺乏主动性和积极性。如果学生课前进行课前预习，会带着些疑问进行听课和动手实验，这样课堂收获会更大，并在此过程中培养自学能力。教学内容陈旧，教材和实习内容很多年没有发生变化，不能很好地适应社会需求电子实习项目内容只包括直流稳压电源的焊接和调试，该实习内容应该属于20世纪90年代的直流稳压电源的做法，属于市电不控整流AC/DC变换，功率因数很低，该架构在实际应用中已经很少采用。实习的内容陈旧，不能有效涵盖电子技术、电工技术等教材的知识点。如核心的负反馈电路、运算放大器等其他重要的知识点，没有涵盖实验项目。教学过程中理论和创新方面互动环节偏少目前在实习过程中，学生和实习教师互动环节很多，但涉及理论和创新方面的很少。在实习过程中，不少学生对电路原理不是很理解，关心的重点就是要如何把实验结果给做出来，对电路工作原理是什么，如何对其进行改进，他们很少关心，造成实践教学效果有欠缺。学生考核内容不科学，不能很好地反映学生对知识点的掌握、运用和创新能力目前学生实习成绩包括考勤、实验完成情况和实习报告三大块，不能客观体现学生对知识点的理解能力和创新能力。由于实验是分组进行，学生人数较多，实习教师工作量大，不可能正确评价每个学生在实习中的表现，可能会存在滥竽充数的问题，出现不努力的学生通过一份好的实验报告，就有可能获得好的成绩等不合理现象。
3教学改革与实践教学模式介绍
根据之前电子实习环节出现的问题，立足学校实际情况，通过引入虚拟仿真环节，对以CDIO工程教育理念为指导的电子实习教学环节进行教学模式的补充与完善，加强学生主动性，增加知识点运用及创新互动环节，培养适应新时期社会需要的创新型人才。具体的教学改革措施与实践情况如下。1）建立以服务学生、引导学生创新为目标的教学模式，通过在实习前让学生使用MATLAB、Saber、PSIM等计算机虚拟仿真工具进行仿真模拟，提前模拟做技术工作所需要的工作步骤，加强学生对基础知识的理解，并在此基础上引导学生独立思考，培养他们进行自主学习的能力，适应社会需要。首先要求实习教师树立服务引导学生的教育理念，改变填鸭教学模式，在实习前依据CDIO工程教育理论，注重对学生电子实习课前的预习任务进行安排，增加课前仿真预习环节作业。指导教师教授学生使用合适的仿真软件，学生通过使用MATLAB、Saber、PSIM等虚拟仿真工具进行电子原理图仿真模拟。这样一来，学生通过计算机虚拟仿真环节，对实验中需要手动搭建的原理图已经有了很好的认知。教师在实验过程中可以帮助学生有针对性地提出问题，帮助他们掌握电子实习原理图的工作原理。2）电子实习过程中采用学习、仿真、实验、创新实践教学模式，帮助学生有效理解和运用知识，进而产生知识创新的能力。将电子实验教学模式进行改革与创新，实施过程分解为学习、仿真、实验和创新四个主要阶段。学习主要包括课本知识的学习与理解以及介绍仿真的作用，在这个阶段包括教师课堂讲授和学生课前课后学习等。实习教师需要给学生讲述电子技术的应用范围及发展趋势，并带领学生参观之前学生进行电子实习的优秀仿真及作品，激发学生对电子知识的兴趣。仿真主要是在搭建仿真电路及仿真调试的过程中帮助学生更好地理解和消化知识点。这个阶段要求学生分组进行仿真练习，实习教师主要引导学生逐步掌握电路模块的调试和诊断能力，在学生仿真过程中引导和启发他们在元器件损坏、线路连接不良等条件下，对可能会出现的问题进行仿真分析和分组讨论，增加互动环节，帮助学生对常见电路故障进行分析，在实验时遇到问题和困难都可以很快解决。该阶段有助于培养学生分析和解决问题的能力。实验主要是通过实际操作环节完成上机实验，并获取正确的实验结果。在这个阶段，实习教师要引导学生结合仿真和实验结果进行比较，对于仿真和实验结果可能会出现的偏差进行分析，这样有助于增强学生工程实践的概念。创新主要培养学生创新知识的能力。实习教师通过提出一系列创新项目，对学生进行项目引导，学生自由组队、分工合作，共同完成创新项目的原理图设计、仿真验证及优化、电路焊接和性能调试，达到或超过项目目标。这个阶段注重发挥学生的创造性，学生根据项目的任务要求，自拟方案、自主设计、独立调试，实习教师只是启发和引导他们，同时在小组碰到难题时提供必要的帮助与支持。3）利用虚拟仿真拓展实验不具备的项目内容，引导学生对关键知识点进行仿真，强化学生知识点的掌握和理解能力，并在电子实习教学课程完成后增加创新设计环节。在电子技术、电工技术等课程中核心知识点很多，对于在电子实习中没有涉及的知识点，引导学生对其进行仿真，并同时提供一些已经完成的仿真程序，可以让学生更直观地了解电路工作原理，拓宽、加深对知识点的理解，避免出现以往死记硬背、考完试就忘记的现象。对于没有纳入电子技术实验又非常重要的知识点，如运算放大电路比例积分负反馈、一阶暂态电路瞬态分析等内容，也要求学生进行虚拟在线仿真，加强对知识点的理解。并在此基础上让学生进行难度较大的仿真，增强他们掌握运用知识点的本领，进一步提升创新能力。4）建立大学生创新工作室，为学生继续开展项目研究提供硬件保障和技术支持。在完成电子仿真及实验后，不少优秀学生的创造力被激发，他们表达了类似的愿望，希望对电子实习内容进行进一步的项目拓宽及技术探索。为此，工程实训中心建立大学生创新工作室，聘请有经验的教师作为学生导师，为学生在课外项目方案确定、仿真评估、实验验证过程中提供必要的技术指导和帮助。同时，工程实训中心全力支持大学生创新项目的实施。5）针对优秀的学生，鼓励他们参与教师科研项目，进一步提升技术能力。对于在电子实习中表现优秀的学生，工程实训中心教师根据每个学生的特长，让他们分工合作，共同承担一部分教师的科研任务，主要包括资料查阅、原理图绘制、电子元器件封装制作、仿真模型搭建、电路调试、数据测量等内容。这样可以更好地开阔学生的视野，较好地培养学生的团队意识，拓宽学生的知识面，激发他们的潜力和创造力。
4教学效果
通过学生仿真和实验报告、调查问卷、师生座谈和大学生创新项目等形式，了解到进行电子技术实习教学改革尝试之后，广大学生普遍感觉受益匪浅，主要表现在以下几个方面。个人自学能力明显提高，对知识点的理解更加透彻之前在课堂上学到的理论知识，到了电子实习阶段，不少学生已经忘记很多。为了完成电子实习仿真作业，团队成员前期必须翻看之前课本教材，查阅仿真技术资料，搭建仿真模型及进行仿真分析，通过虚拟仿真可以帮助他们有效理解、掌握相关知识点，掌握技术研究仿真模拟算法，提高运用电子知识的能力。采用仿真技术有效提高电子实习效率前期仿真学生花费的时间虽然较长，但主要是占用他们的课前课后时间，学生在自己搭建仿真电路并进行仿真调试的过程中，已经对电路工作原理有了比较清晰的认识，后期手动焊接电路调试阶段的时间大大缩短，提高了电子实习效率。增强学生创新能力不少学生在实习报告心得体会一栏写到实习的最大体会，就是学习了如何掌握电子知识的正确的学习方法。仿真对电子实习帮助很大，通过增加虚拟仿真等环节，使得学生可以更好地理解目前实验室不具备的实验项目，使得他们采用虚拟仿真等手段对感兴趣的项目进行仿真分析，这也激发了他们的创新能力。不少学生在实验报告后续项目中列出不少新颖的提案，也有不少学生建议把仿真提前应用于之前的电子技术和电工技术的教学中去。培养学生团队合作精神及沟通能力电子技术实习过程中由于任务繁重，学生需要进行分组实验。在实习过程中如何搭建仿真模型，如何进行参数调整及模拟异常情况，以及后续的动手实操环节等，都需要组内学生共通讨论、分工合作，一荣俱荣，一损俱损。每个学生要发挥自己的作用，做好自己的工作内容，其中任何一个环节出现失误，都会影响到小组成绩。为了保证实习的正常进行，需要学生发挥主动性，除了完成自己的工作，对于组内其他学生在工作中出现的问题都要及时提供帮助，在这个过程中也无形地培养了学生的合作精神和沟通能力。
5结语
通过引入虚拟仿真环节，应用在以CDIO工程教育理念为基础的电子实习教学中，对电子实习教学模式和考核方法进行改革，增加课前预习仿真作业，重视仿真对实习过程的理论指导作用，通过仿真加强学生对基础知识的理解和灵活运用，并在此基础上拓宽学生的仿真范围，进而引导学生培养创新能力，有效提高了电子实习教学的质量，增强了教学效果。
参考文献
[1]任喜伟,张震强,闫红超.基于CDIO理念的电子实习实践教学改革探究[J].黑龙江教育:高教研究与评估版,2016(4):16-17.
[2]汪敬华,赵春锋,等.引入CDIO工程教育理念的电子实习教学改革与实践[J].中国教育技术装备,2012(30):132-134.
[3]孙立辉,王海彪.CDIO教学模式下电子实习教学改革与实践[J].教育与职业,2014(35):132-133.
[4]刘美华,李建明,屈喜龙.基于CDIO项目教学法的电工电子实习改革与实践:以湖南工程学院为例[J].湖南工程学院学报:社会科学版,2014(4):103-106.
[5]陈新兵,谢斌盛,龙晓莉,等.CDIO理念下的电工电子实习教学设计[J].中国电力教育,2014(36):195-196.
篇10
关键词：电力电子；实验；NI ELVIS
作者简介：刘晋（1974-），男，河北涿州人，华北电力大学电气与电子工程学院，讲师；牛印锁（1973-），男，河北定州人，华北电力大学电气与电子工程学院，高级工程师。（北京?102206）
基金项目：本文系华北电力大学2010年教改项目的研究成果。
中图分类号：G642.423?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）21-0084-02
电力电子技术广泛应用于电力系统的发电、输电、配电和用电等领域；同时，在太阳能光伏发电和风力发电等可再生能源发电领域，电动汽车技术、电气节能和电力传动等领域也有广泛的应用。电力电子技术的广泛应用对电力电子技术教学和研究都提出了新的要求和内容。
目前，“电力电子技术”已经成为各个高校电气工程专业重要的专业基础课。由于电力电子技术的实践性强，其实验环节的教学方法和手段对于电力电子教学效果具有重要影响。
本文针对电力电子实验教学的特点，应用NI ELVIS平台进行了电力电子电路实验设计的教学研究，对于该平台的特点和应用进行了介绍，并用实例展示了NI ELVIS平台在电路设计实验教学中的应用。希望能够帮助从事电力电子实验教学的教师开拓教学思路、丰富教学手段、提高教学效果，为该课程的实验教学提供有益的参考和借鉴。
NI ELVIS（教学实验虚拟仪器套件）是一个基于LabVIEW的系统设计与原型创建的工具套件，用于高等院校的工程与科学实验室。使用NI ELVIS，学生们可以在学习以下一些领域中的工程理论知识的同时将它们付诸于实践：电子电路、信号处理、通信、控制系统、机械测量与机械电子等。
一、平台介绍
美国国家仪器公司（NI）的教学实验室虚拟仪器套件 (ELVIS)可用于电路的动手设计及原型设计及实现，平台集成了12款最常用仪器，包括示波器、数字万用表、函数发生器、波特分析仪等，紧凑的结构是实验室及课堂教学的理想实验平台。
ELVIS可通过USB接口与PC连接，实现快速易用的测量采集及显示，它将 NI ELVIS与Multisim的原理图与SPICE仿真环境结合在一起。学生可以将在教科书中学习的电力电子电路应用到Multisim中，从而通过学习电路建模仿真，理解电路的工作原理和控制方法。同时，学生在 Multisim环境中可以使用 ELVIS仪器，在ELVIS实验平台上用实际元器件搭建实际电路，通过Multisim软件，可以将设计电路的仿真结果与实际电路的测量结果进行比较。
在NI ELVIS平台上进行电力电子电路设计实验的基本过程如下：
（1）在Multisim 软件中根据电路性能要求搭建所设计的电路模型。模型中选取的元器件要和实际将要采用的元器件型号一致（可以从Multisim的元件库中进行选择）。模型搭建好后，通过仿真得到各个元件的电压和电流波形，以检验所设计电路的正确性和可行性。
（2）在验证了所设计的电路满足设计要求之后，在Multisim软件中打开NI ELVIS虚拟3D平台，仿真中所设计电路的元器件将以虚拟元器件的形式出现在虚拟平台上。学生可以将虚拟元器件在虚拟平台上进行布置和布线，模拟在实际面包板上进行电路实现。模拟布置和布线完成后，可以在虚拟平台上进行再次仿真，并将仿真结果和Multisim软件中电路模型的仿真结果进行对比。虚拟平台上实现的虚拟电路的布置和连线就是未来在实际ELVIS平台上搭建的电路原型。
（3）进行实际元器件的选购（实验室可以提供一些元器件供学生选择）。根据虚拟电路的结构、元件布置和连线，在实际ELVIS平台上搭建所设计的电路原型，并对电路进行测量，将实际电路测量结果和仿真结果进行对比。给出设计电路的性能评价，并对其进行修改。
（4）应用Multisim软件，将修改后的最终电路生成PCB设计图，并进行元件布置和连线调整，最终生成PCB印刷电路板图，可以完成真正的电路设计和制作。
通过这种模式的实验教学，使得学生通过ELVIS平台将电力电子电路理论和电力电子电路设计与实现的实践过程很好地结合起来，既缩短了电路设计的时间，又大大提高了学生的学习兴趣，是一种比较好的实验教学手段。
二、实验案例
下面以整流和PWM逆变电路实验设计与实现为例，介绍基于NI ELVIS平台的电力电子电路设计实验教学的特点。
图1为单相桥式整流电路的仿真原理图，通过仿真验证设计电路的可行性。图2为虚拟ELVIS面包板示意图，学生可以在电脑上完成元器件的布置和连线。图3为将仿真电路放置到虚拟ELVIS面包板上准备进行元器件的布置和连线。图4为在虚拟平台上搭建的电路。图5为模拟电路在虚拟3D ELVIS平台上的示意图。图6为实际ELVIS平台上的实际电路。
三、总结
本文通过实验案例展示了NI ELVIS平台在电力电子实验教学中的应用，希望能为其他院校该课程的教学和教学改革提供一定启发和有益的参考。
参考文献：
[1]黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京:电子工业出版社,2008.
[2]周润景. Multisim&LabVIEW虚拟仪器设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
[3]张凯,郭栋. LabVIEW虚拟仪器工程设计与开发[M].北京:国防工业出版社,2004.
