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【摘要】在高职模电课程教学中主要培养学生的实际操作与创新能力，但这些能力培养与实验实训设备投入存在矛盾，本文总结了现高职模电实践教学中的不足之处，进而引入PROTEUS技术进行仿真教学，举例说明PROTEUS仿真软件在模电实验实训教学中的优势。同时也可以学生达到本课程的培养目标。所以在模电中运用仿真教学可弥补高职学院在设备投入与实际教学场地中的不足之处。
【关键词】实际操作；创新能力；PROTEUS；仿真教学
高校实验教学改革的目标就是着力培养学生的实践技能和创新思想。模拟电子技术综合实训是我院实验改革的产物，是应用电子、移动通信、电气自动化等专业的一门必修课程，在完善学生专业实践技能结构上占有重要地位。本课程的重要之处就是可以在实验室平台上学习设计简易系统，掌握一定的制作、调试、测试方法。真正实现教与学互动，讲与练结合，使学生从多种实验操作中增加实践经验，从实例中学习和模仿，促进知识的融会贯通。但现在大部高职院校在模拟电子技术课程实践环节都存在一些问题。
一、现阶段高职学院模电实验实训室存在的问题
1.管理及维护不方便，不利于保持实验室的先进性
现有电子类实验室种类多，在每一类实验室中，设备种类多，再加上分批进行的学生实验，管理及维护工作十分艰巨。同时由于现代电子技术的飞速发展，各种新设备、新器件层出不穷，传统的基于硬件设备建立的实验室将面临着随时可能落后、淘汰的现状，前期投资效能发挥率低。
2.实验内容彼此孤立，不利于提高实验效果
现有电子类实验室大多采取一种封闭式、孤立的实验教学模式，背离了现代实验教学改革中提出的“优化课内，强化课外”的实验教学意识，无法满足现代实验教学改革提出的“基础性实验、综合性实验、创新性实验”的三个层次目标，不利于学生系统知识体系的建立。
3.不利于学生创新意识、创新能力培养
开展创新性研究的前提是实验环境的丰富资源及其灵活可变性。但由于条件限制有些学生有新的想法与创意碍于实验设备与环境，都不能及进行，这不利于学生创新意识培养，更不利于创新能力的培养。
二、基于proteus模电实验实训实例
针对以上的弊端，本项目研究在模拟电子技术课程设计中引入计算机辅助实践是一个非常有益的尝试，proteus是用在计算机上作电子线路设计模拟和仿真的新的软件包，超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析；是一个具有很高实用价值的计算机辅助设计工具。我们在电子技术课程设计中引用EWB软件收到了良好的效果，下面介绍我们的具体做法。
1.单管放大电路实验与仿真
打开仿真软件，绘制单管放大电路的实验电路图，在单管放大电路实验中我们所要得到到的一些结论是，放大电路的静态工作点测量、静态工作点对电路放大的影响，单管放大电路的波形放大等。
（1）静态工作点的测量
输入信号接地再将相关的虚拟仪表接入到电路中运行就可看到电路中的参数，如下图。
图1 静态工作点测试
其中VB=R5*Vcc/（RV1+R2+R5）=4.7K*12V/（40K+10K+4.7K）=1.03V，而测量的实际值为0.94V，这是因为R5要并联rbe加上R4再与上面的偏置电阻分压，因此电压就会小于所计算值。同样我们也测出IBQ=21uA，ICQ=2.59mA，UBEQ=0.68V，UCEQ=6.05V。
（2）电压放大观察
在电路中接入10mV，1KHz的正弦波信号作为输入信号。再接入虚拟示波器，调节基极偏置电阻，使输出达到最大不失真波形。
从仿真图2上可以看出输入的波形峰峰值为20mV，输出的波形的峰峰值为3V，因此测量的最大不失真放大倍数为Au=3000mV/20mV=150。RV1=28%*100K=28K。调节RV1与输入信号就可以看到饱和失真与截止失真。
图2 示波器观察输入输出信号
图3 饱和与截止失真观察
通过仿真软件学生可以并验证学习过的所有的理论知识点，同时还可以任意调整电路参数来观察电路信号的变化，也可以调整输入信号及变化电路形式。这样就可以培养学生的创新能力与观察能力。
2.稳压电源实训设计与仿真
我院在最初的模拟电子技术稳压电源实训流程是：
在这个过程中可以看出，在电路调试过程后如果电路参数有变化后又不得不去重新购买相关的电子产品，再焊接再调试，在电路板的制作过程中要进行N个反复，这就消耗了大量的时间、浪费了大量的人力和元器件。如果学生在制作过程中有了更好的想法又不得不重新开始做一遍流程。
当我们引入PROTEUS仿真软件之后，模拟电子技术稳压电源实训过程就单向化了。
从这个流程我们可以看出，学生不再要来回的焊接电路板，购买元器件了。他在仿真软件中经过多次仿真，已经把元器件参数都确定好了再去购买元器件焊接。如果学生有好的想法只要在仿真的过程中进行修改就可以了，这样学生就可以进行多次创新开发。最终选择一个最好方案。
设计实例：
题目和指标：串联型稳压电源；输出电压为7-15V，电网电压波动士10%；稳压系数Sr＜0.5。
画原理图：
打开proteus软件后，点击元器件模式选择P按键就可以进入到元件库中，proteus元件库提供了超过27000个仿真器件选择我们所需要的元器件，再从元件列表中拖动到工作窗口，连线就可以，所以电路图的绘制非常简单，就可让学生省去大量的接线与线路排查的时间，从而专心的去分析电路原理。
图4 稳压电源电路的设计
图5 输出电压的仿真
当输入电压从245V变到198V时，输出电压从9.59变到了9.44，Sr=（9.59-9.44）/（245-198）=0.0031，小于0.005的设计要求。
在仿真过程中我们还可以调整相关的电路参数，也可以给电路增加一些保护电路。
图6 稳压电源保护电路
当负载变化时，Q2保护管就进行截流型保护。
学生通过自己绘制电路图，根据电路要求，可以完成多种方式稳压电源的仿真实验，在反复的修改、调试中，将理论课程的有关知识串联起来，很好的掌握并熟悉了这部分内容。
三、模电实验实训教学中引用proteus优势
通过以上设计实例可以看出模拟电子技术实践引入PROTEUS技术后有以下几点优点：（1）开放型。其硬件是基于网络平台的，用户可以不受传统实验室的时间、空间、及实验内容的限制，用户可以跨越时间、空间及实验内容的约束，尽情释放自己的实验兴趣及创新思维。（2）先进性。Proteus实验室由Proteus仿真软件实现，它包含有多个元件库、多种虚拟仪器仪表、丰富的测试信号源和先进的混合仿真系统，仿真软件系统可不断升级更新，保证其先进性。（3）创新型。Proteus仿真软件内置的资源丰富，软件允许用户开发器件模型，设计创新实验内容，学生也能开展个性化实验研究和创新开发研究。（4）便于管理、维护。由于其核心为Proteus仿真软件，无实验损耗，其管理、维护简便，低投入高回报。
四、总结
基于Proteus虚拟实验室的方案是切实可行的。采用虚拟实验的方式，不仅能够解决实验室设备资金短缺和维护困难的问题，而且使学生能够利用课余时间进行实验，充分锻炼了学生的动手能力。Proteus实验室能够非常明显降低产品的开发时间并降低开发成本，明显提高学生的综合设计能力及创新开发能力，同时也极大地提高了毕业生适应工作岗位的能力。在实际运行中，使用该方案进行系统虚拟开发成功之后再进行实际制作，无疑可以提高开发效率、降低开发成本、提升开发速度，具有较高的推广应用价值。
参考文献
[1]徐雅琴,付颖.开放式化学实验的研究与探索[J].实验技术与管理,2007,24(2):14-15.
[2]张淑玲.开放性电子信息工程实验室建设规划[J].湖北经济学院学报(人文社会科学版),2007(11):77-78.
[3]周润景.PROTEUSR人门实进程用教程[M].北京:机械工业出版社,2007.
[4]张艳,樊莉,方秦.基于虚拟现实技术的虚拟实验室建设[J].科技创新导报,2008(20):36-37.
[5]王军.现代电子技术综合实验[M].成都:电子科技大学出版社,2003.
本文为株洲职业技术学院2010年院级科研项目，课题编号[ZZYKY1012]。
作者简介：刘小兵，男，株洲职业技术学院电子工程系讲师，主要研究方向：单片机控制系统的应用。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
【关键词】实际操作；创新能力；PROTEUS；仿真教学
高校实验教学改革的目标就是着力培养学生的实践技能和创新思想。模拟电子技术综合实训是我院实验改革的产物，是应用电子、移动通信、电气自动化等专业的一门必修课程，在完善学生专业实践技能结构上占有重要地位。本课程的重要之处就是可以在实验室平台上学习设计简易系统，掌握一定的制作、调试、测试方法。真正实现教与学互动，讲与练结合，使学生从多种实验操作中增加实践经验，从实例中学习和模仿，促进知识的融会贯通。但现在大部高职院校在模拟电子技术课程实践环节都存在一些问题。
一、现阶段高职学院模电实验实训室存在的问题
1.管理及维护不方便，不利于保持实验室的先进性
现有电子类实验室种类多，在每一类实验室中，设备种类多，再加上分批进行的学生实验，管理及维护工作十分艰巨。同时由于现代电子技术的飞速发展，各种新设备、新器件层出不穷，传统的基于硬件设备建立的实验室将面临着随时可能落后、淘汰的现状，前期投资效能发挥率低。
2.实验内容彼此孤立，不利于提高实验效果
现有电子类实验室大多采取一种封闭式、孤立的实验教学模式，背离了现代实验教学改革中提出的“优化课内，强化课外”的实验教学意识，无法满足现代实验教学改革提出的“基础性实验、综合性实验、创新性实验”的三个层次目标，不利于学生系统知识体系的建立。
3.不利于学生创新意识、创新能力培养
开展创新性研究的前提是实验环境的丰富资源及其灵活可变性。但由于条件限制有些学生有新的想法与创意碍于实验设备与环境，都不能及进行，这不利于学生创新意识培养，更不利于创新能力的培养。
二、基于proteus模电实验实训实例
针对以上的弊端，本项目研究在模拟电子技术课程设计中引入计算机辅助实践是一个非常有益的尝试，proteus是用在计算机上作电子线路设计模拟和仿真的新的软件包，超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析；是一个具有很高实用价值的计算机辅助设计工具。我们在电子技术课程设计中引用EWB软件收到了良好的效果，下面介绍我们的具体做法。
1.单管放大电路实验与仿真
打开仿真软件，绘制单管放大电路的实验电路图，在单管放大电路实验中我们所要得到到的一些结论是，放大电路的静态工作点测量、静态工作点对电路放大的影响，单管放大电路的波形放大等。
（1）静态工作点的测量
输入信号接地再将相关的虚拟仪表接入到电路中运行就可看到电路中的参数，如下图。
图1 静态工作点测试
其中VB=R5*Vcc/（RV1+R2+R5）=4.7K*12V/（40K+10K+4.7K）=1.03V，而测量的实际值为0.94V，这是因为R5要并联rbe加上R4再与上面的偏置电阻分压，因此电压就会小于所计算值。同样我们也测出IBQ=21uA，ICQ=2.59mA，UBEQ=0.68V，UCEQ=6.05V。
（2）电压放大观察
在电路中接入10mV，1KHz的正弦波信号作为输入信号。再接入虚拟示波器，调节基极偏置电阻，使输出达到最大不失真波形。
从仿真图2上可以看出输入的波形峰峰值为20mV，输出的波形的峰峰值为3V，因此测量的最大不失真放大倍数为Au=3000mV/20mV=150。RV1=28%*100K=28K。调节RV1与输入信号就可以看到饱和失真与截止失真。
图2 示波器观察输入输出信号
图3 饱和与截止失真观察
通过仿真软件学生可以并验证学习过的所有的理论知识点，同时还可以任意调整电路参数来观察电路信号的变化，也可以调整输入信号及变化电路形式。这样就可以培养学生的创新能力与观察能力。
2.稳压电源实训设计与仿真
我院在最初的模拟电子技术稳压电源实训流程是：
在这个过程中可以看出，在电路调试过程后如果电路参数有变化后又不得不去重新购买相关的电子产品，再焊接再调试，在电路板的制作过程中要进行N个反复，这就消耗了大量的时间、浪费了大量的人力和元器件。如果学生在制作过程中有了更好的想法又不得不重新开始做一遍流程。
当我们引入PROTEUS仿真软件之后，模拟电子技术稳压电源实训过程就单向化了。
从这个流程我们可以看出，学生不再要来回的焊接电路板，购买元器件了。他在仿真软件中经过多次仿真，已经把元器件参数都确定好了再去购买元器件焊接。如果学生有好的想法只要在仿真的过程中进行修改就可以了，这样学生就可以进行多次创新开发。最终选择一个最好方案。
设计实例：
题目和指标：串联型稳压电源；输出电压为7-15V，电网电压波动士10%；稳压系数Sr＜0.5。
画原理图：
打开proteus软件后，点击元器件模式选择P按键就可以进入到元件库中，proteus元件库提供了超过27000个仿真器件选择我们所需要的元器件，再从元件列表中拖动到工作窗口，连线就可以，所以电路图的绘制非常简单，就可让学生省去大量的接线与线路排查的时间，从而专心的去分析电路原理。
图4 稳压电源电路的设计
图5 输出电压的仿真
当输入电压从245V变到198V时，输出电压从9.59变到了9.44，Sr=（9.59-9.44）/（245-198）=0.0031，小于0.005的设计要求。
在仿真过程中我们还可以调整相关的电路参数，也可以给电路增加一些保护电路。
图6 稳压电源保护电路
当负载变化时，Q2保护管就进行截流型保护。
学生通过自己绘制电路图，根据电路要求，可以完成多种方式稳压电源的仿真实验，在反复的修改、调试中，将理论课程的有关知识串联起来，很好的掌握并熟悉了这部分内容。
三、模电实验实训教学中引用proteus优势
通过以上设计实例可以看出模拟电子技术实践引入PROTEUS技术后有以下几点优点：（1）开放型。其硬件是基于网络平台的，用户可以不受传统实验室的时间、空间、及实验内容的限制，用户可以跨越时间、空间及实验内容的约束，尽情释放自己的实验兴趣及创新思维。（2）先进性。Proteus实验室由Proteus仿真软件实现，它包含有多个元件库、多种虚拟仪器仪表、丰富的测试信号源和先进的混合仿真系统，仿真软件系统可不断升级更新，保证其先进性。（3）创新型。Proteus仿真软件内置的资源丰富，软件允许用户开发器件模型，设计创新实验内容，学生也能开展个性化实验研究和创新开发研究。（4）便于管理、维护。由于其核心为Proteus仿真软件，无实验损耗，其管理、维护简便，低投入高回报。
四、总结
基于Proteus虚拟实验室的方案是切实可行的。采用虚拟实验的方式，不仅能够解决实验室设备资金短缺和维护困难的问题，而且使学生能够利用课余时间进行实验，充分锻炼了学生的动手能力。Proteus实验室能够非常明显降低产品的开发时间并降低开发成本，明显提高学生的综合设计能力及创新开发能力，同时也极大地提高了毕业生适应工作岗位的能力。在实际运行中，使用该方案进行系统虚拟开发成功之后再进行实际制作，无疑可以提高开发效率、降低开发成本、提升开发速度，具有较高的推广应用价值。
参考文献
[1]徐雅琴,付颖.开放式化学实验的研究与探索[J].实验技术与管理,2007,24(2):14-15.
[2]张淑玲.开放性电子信息工程实验室建设规划[J].湖北经济学院学报(人文社会科学版),2007(11):77-78.
[3]周润景.PROTEUSR人门实进程用教程[M].北京:机械工业出版社,2007.
[4]张艳,樊莉,方秦.基于虚拟现实技术的虚拟实验室建设[J].科技创新导报,2008(20):36-37.
[5]王军.现代电子技术综合实验[M].成都:电子科技大学出版社,2003.
本文为株洲职业技术学院2010年院级科研项目，课题编号[ZZYKY1012]。
作者简介：刘小兵，男，株洲职业技术学院电子工程系讲师，主要研究方向：单片机控制系统的应用。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文