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模拟电子技术虚拟实验设计与应用

作者: 发布时间:2020-01-21 13:45:03 阅读: 54 次

摘要:模拟电子技术是高校电类专业的基础课程,其理论知识较为晦涩,难以理解和掌握,在模拟电子技术教学中设计与应用虚拟实验可以在不受实际实验环境制约的情况下帮助学生更加直观和深刻的理解和掌握理论知识。

关键词:模拟电子技术;虚拟实验

 

模拟电子技术是高校电类专业的专业基础课程,相较于其他专业的基础课程而言,该课程较为抽象,且理论知识相对繁多,通常需要辅助教学实验以验证理论知识的有效性、理论方法的可行性以及培养学生的实际应用能力。因此,在模拟电子技术课程中进行实验教学具有非常重要的教学意义。但是随着计算机技术的发展以及客观实验器材的限制,传统的实验方法已经无法满足日益增长的教学需求。随着计算机辅助设计的成熟,在模拟电子技术教学中设计和应用虚拟实验对理论进行验证已经成为当前模拟电子技术实验教学的一个主要发展趋势。

模拟实验教学概述

实验教学可以将生涩的理论知识转化为具体的、可行的实验方案,通过配置实验器材和实验设备对抽象的理论知识进行应用和验证。通过实验可以加深学生对理论知识的理解、培养学生的创新能力和实际工作能力,是一种主要的教学手段。

虚拟实验是指利用计算机仿真或者设计软件等技术手段对元器件和器材进行仿真模拟,更为方便快捷的对实验内容进行分析和印证。相较于传统的利用真实器材进行的教学实验,虚拟实验虽然无法提高学生对实验器材的感性认识和使用方法,却能提高学生的计算机应用水平,增强实验的灵活性和创新性,避免因误操作造成的设备损坏。此外在功能实现方面,虚拟实验具有更强的适应性,可以在实验设备不足的条件下满足教学需求。

实验的目的在于获得限定条件下的实验数据和实验波形,对理论知识进行验证。利用模拟实验环境可以方便的对实验中的各个参数进行修改,进而仿真获得整个仿真过程中的多个数据并显示,对于理论教学的各个阶段都具有非常重要的验证和指导意义。

虚拟实验技术设计与应用

对于模拟电子技术而言,其在虚拟实验技术方面应用的主要软件通常为MultisysimLabVIEW。前者主要用于进行软件仿真,后者主要用于对一起进行模拟。

Multisim是一种基于Windows的仿真工具,利用该工具可以方便的完成模拟电路的设计工作,如原理图的输入、硬件描述、仿真分析等。通过该软件可以对实验电路的工作原理图进行绘制并测量输入信号通过各工作部件后的数据、波形和特性曲线等,可以充分满足不同教学内容的实验要求。它具有丰富的元器件库,还具有多种多样的测试仪表,更为强大的是,对于如数字信号发生器、逻辑分析仪、频谱分析仪、网络分析仪等普通实验室无法配置的高端设备其也可以进行模拟。利用该软件可以轻松完成模拟电路实验的设计,并应用其对电路性能进行仿真分析。

LabVIEW主要用于对仪器进行虚拟,也就是以通用计算机硬件及计算机操作系统为依托,将实验仪器装入计算机,实现各仪器的功能。利用该软件对模拟电子技术实验进行虚拟设计更大的优势在于其更为便捷和可视化的开发环境可以增强仪器的可读性和可用性。其内置的函数库和简易的用户界面可以帮助实现利用文本、图形或者动画等形式组成模拟电路,用虚拟的仪器技术将教学内容和实验内容形象的展示出来。

例如,在进行RC积分电路实验时,若在输入端输入方波信号,理论输出信号波形应该为三角波。真实实验的示波器显示结果为稳态的积分波形,但是实际信号形成过程中还应该存在一段初始积分波形,该部分波形在实际环境中难以通过观察得到,而利用模拟软件完成电路搭建后可以获得整个电路的输出结果图,并进行显示,通过该图可以清晰的看到初始时刻的积分波形,更有助于学生分析和理解。

又如,在共射极放大电路的实验仿真中,利用模拟软件可以方便的更改各电位器的阻值,进而对输入和输出信号波形进行观察和分析,通过对比不同结果帮助学生更为深刻的理解共射极放大电路的理论知识,加深学生对该电路中的不同电位器的作用的印象。

在模拟电子技术中应用虚拟实验的优点分析

相较于真实实验而言,虚拟实验具有以下几方面优势。首先,基于软件的实验体系结构节省了在仪器采购方面的费用,可以实现多型号、多功能设备的使用。其次,虚拟实验可以获得与真实实验一样的实验结果,但是在实验地点和实验时间方面更为灵活。再次模拟实验可以允许学生对实验参数灵活修改,并允许学生主动设置实验故障和实验断点,甚至允许学生设计多种有趣的电路,如彩灯控制电路和报警电路等,充分调动学生的积极性。最后,应用模拟实验可以培养学生独立设计电路的能力、对元器件进行分析和选择的能力、对电路的安装于调试的能力、对实验过程进行控制和对实验结果进行分析的能力。

 

总结

虚拟实验可以有效提高学生的科研、创新和实际工作能力,有利于学生自主学习,促进学生将所学到的理论知识进行实践,激发学生的学习兴趣。此外,虚拟实验所具有的探究性和启发性可以激发学生的求知欲望,培养学生的探索精神。在模拟电子技术中设计和应用虚拟实验具有非常重要现实指导意义。

 

参考文献

[1] 孙俊卿.基于虚拟实验的模拟电子技术教学方法研究[J].中国现代教育装备,2008(10)

[2] 许燕青,金平,马草原.模拟电子技术网络虚拟实验平台[J].实验技术与管理,2007,24(10)

[3] 陈栋.建设模拟电子技术虚拟实验室[J].科技传播,2010(23)

[4] 李升源,刘宏,周克良,肖发远,黄朝志.电工电子虚拟实验与真实实验的互补性[J].实验技术与管理,2010,27(4)