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1 仿真实验在模拟电子技术教学中的重要性
模拟电子技术课程是电子类专业的一门主干课,该课程既有抽象的理论分析,又有具体的实践应用,其教学质量的优劣直接影响到该专业后继课程的学习以及学生的电路理论分析和实践动手能力。传统的教学方法通常在课堂上通过板书进行理论分析,再到实验室内进行若干个电路实验。在有限的学时内仅仅靠传统的教学方法和手段,无论是对于教师教学还是对于学生学习都是困难的。而实验教学又一直是课堂教学的重要组成部分,是学生巩固理论知识的主要手段,也是提高学生综合素质的重要途径。随着计算机及多媒体技术、仿真技术和虚拟技术的迅速发展,可以运用现代新技术简便、快捷地完成电路实验——仿真实验。仿真实验就是结合电路的特点,利用计算机构造一个模拟实验环境,通过电路的建立和对数据和电路功能的分析,达到实验的目的和要求。
目前可以支持电路类实验仿真的软件很多,其中Multisim7.0软件是较常用的仿真实验工具。把这个软件用在模拟电子技术课堂教学中,可以使得深奥、抽象的理论变得容易理解、形象生动。
2 Multisim7.0软件简介
Multisim7.0软件是由加拿大的Interactive Image Technologies公司在2001年推出的Multisim系列软件版本,该软件是对该公司的电子线路软件EWB(Electronics WorkBench,虚拟电子工作台)经过多次改进、升级得到的。该软件具有以下一些功能。
2.1 直观的界面Multisim7.0软件把电路原理图的创建、电路的测试分析和仿真结果等内容都集中到一个电路窗口中,整个操作界面就像一个电路实验平台,与实践操作非常相似,能满足教学上的要求。
2.2 具有丰富的元件库Multisim7.0软件的元件库非常大,包含1 300多个元件;元件库中含有所有的标准器件以及当今最先进的数字集成电路,可以满足不同的应用目的;除了Multisim7.0软件自带的主元件库外,用户还可以建立“公司元件库”,这样有助于一个团队的交流使用。Multisim7.0还提供多种向元件库添加个人建立的元件模型的方法。
2.3 有强大的虚拟仪器功能Multisim7.0软件主要包括逻辑分析仪、示波器、波特图仪、失真分析仪、频率计、函数信号发生器、数字万用表、网络分析仪、瓦特表、数字信号发生器等18种虚拟仪器,并且功能与实际仪表相同,可以解决购置这些实际仪器设备所需巨额经费不足的问题。
2.4 强大的分析功能Multisim7.0软件除了所含有的虚拟仪表外,还提供直流工作点分析、交流分析、敏感度分析、-3分贝点分析、批处理分析、直流扫描分析、失真分析、傅里叶分析、模型参数分析、噪声分析、温度扫描分析等19种分析手段,这些分析在传统的实验教学中有可能无法实现。
2.5 强大的仿真功能Multisim7.0软件不仅可以完成SPICE仿真,而且还可以实现射频电路的仿真。
3 Multisim7.0软件仿真实验应用举例
以模拟电子技术中的串联型直流稳压电源电路仿真实验为例,介绍如何使用Multisim7.0软件进行电路连接、仿真,在课堂上使模拟电子技术教学更形象、灵活,更贴近工程实际,达到帮助学生理解原理,提高分析能力的目的。这对提高学生的兴趣、培养学生的创造性思维能力、全面提高专业素质具有重要的意义。
用Multisim7.0软件完成仿真实验的一般步骤:创建仿真实验电路图→确定仿真实验分析手段→启动Multisim7.0软件仿真→完成仿真实验分析。
3.1 创建仿真实验电路图首先确定实验电路,然后打开Multisim7.0软件,通过右边的元件工具栏(Component Toolbar)选择合适的元器件;通过右边的仪表工具栏(Instrument Toolbar)选择合适的仪表;然后通过放置栏,选取连接点并确定其位置;用导线把所用的元器件、仪器仪表和连接点进行连接;最后根据需要,合理调整元器件和仪器仪表的位置,最后得到图1所示的串联型直流稳压电源仿真实验电路。
2)假设串联型直流稳压电源负载不变,输入电压变动时,其输出电压趋向不变。
通过仿真实验进行验证:把图1中的示波器换成数字电压表(如图5所示),调节变压器,使U2=24 V,保持负载不变,仿真实验出各部分的电压,得知U0约为24 V;然后调节整流变压器,使U2=26 V和22 V,仍然保持负载不变,再分别仿真实验出各部分的电压,得知U0仍约为24 V。通过以上仿真实验得出串联型直流稳压电源的负载不变时,输入电压变动,其输出电压趋向不变,达到稳定电压的目的。
3)假设直流稳压电源的输入电压不变,负载变化时,其输出电压趋向不变。
通过仿真实验进行验证:把图5中的U2保持为24 V,使负载RP2分别为24 K、3 K、4 K,然后分别仿真实验出各部分的电压值,最后得知U0仍约为24 V。通过以上仿真实验可知,直流稳压电源的输入电压不变,负载变化时,其输出电压趋向不变,从而达到稳定电压的目的。
4 结论
随着科学技术的发展,把Multisim7.0软件进行的仿真实验应用在模拟电子技术课程教学中,将会打破传统的教学模式,“以虚带实”“以软带硬”,可以提高教学质量、增加学生的学习兴趣;可以解决传统教学中存在的设备紧张、仪器陈旧等问题;开发学生的学习潜能;增大单位时间所授知识的深度和广度。但由于虚拟器件存在虚拟的特点,在真实性方面与实际硬件仪器仪表存在比较大的差距,并不能完全代替传统的实验手段。所以在实际的仿真实验教学过程中,只有把硬件的仪器仪表和Multisim7.0仿真软件结合起来,发挥各自的优势,才能收到事半功倍的效果。
模拟电子技术课程是电子类专业的一门主干课,该课程既有抽象的理论分析,又有具体的实践应用,其教学质量的优劣直接影响到该专业后继课程的学习以及学生的电路理论分析和实践动手能力。传统的教学方法通常在课堂上通过板书进行理论分析,再到实验室内进行若干个电路实验。在有限的学时内仅仅靠传统的教学方法和手段,无论是对于教师教学还是对于学生学习都是困难的。而实验教学又一直是课堂教学的重要组成部分,是学生巩固理论知识的主要手段,也是提高学生综合素质的重要途径。随着计算机及多媒体技术、仿真技术和虚拟技术的迅速发展,可以运用现代新技术简便、快捷地完成电路实验——仿真实验。仿真实验就是结合电路的特点,利用计算机构造一个模拟实验环境,通过电路的建立和对数据和电路功能的分析,达到实验的目的和要求。
目前可以支持电路类实验仿真的软件很多,其中Multisim7.0软件是较常用的仿真实验工具。把这个软件用在模拟电子技术课堂教学中,可以使得深奥、抽象的理论变得容易理解、形象生动。
2 Multisim7.0软件简介
Multisim7.0软件是由加拿大的Interactive Image Technologies公司在2001年推出的Multisim系列软件版本,该软件是对该公司的电子线路软件EWB(Electronics WorkBench,虚拟电子工作台)经过多次改进、升级得到的。该软件具有以下一些功能。
2.1 直观的界面Multisim7.0软件把电路原理图的创建、电路的测试分析和仿真结果等内容都集中到一个电路窗口中,整个操作界面就像一个电路实验平台,与实践操作非常相似,能满足教学上的要求。
2.2 具有丰富的元件库Multisim7.0软件的元件库非常大,包含1 300多个元件;元件库中含有所有的标准器件以及当今最先进的数字集成电路,可以满足不同的应用目的;除了Multisim7.0软件自带的主元件库外,用户还可以建立“公司元件库”,这样有助于一个团队的交流使用。Multisim7.0还提供多种向元件库添加个人建立的元件模型的方法。
2.3 有强大的虚拟仪器功能Multisim7.0软件主要包括逻辑分析仪、示波器、波特图仪、失真分析仪、频率计、函数信号发生器、数字万用表、网络分析仪、瓦特表、数字信号发生器等18种虚拟仪器,并且功能与实际仪表相同,可以解决购置这些实际仪器设备所需巨额经费不足的问题。
2.4 强大的分析功能Multisim7.0软件除了所含有的虚拟仪表外,还提供直流工作点分析、交流分析、敏感度分析、-3分贝点分析、批处理分析、直流扫描分析、失真分析、傅里叶分析、模型参数分析、噪声分析、温度扫描分析等19种分析手段,这些分析在传统的实验教学中有可能无法实现。
2.5 强大的仿真功能Multisim7.0软件不仅可以完成SPICE仿真,而且还可以实现射频电路的仿真。
3 Multisim7.0软件仿真实验应用举例
以模拟电子技术中的串联型直流稳压电源电路仿真实验为例,介绍如何使用Multisim7.0软件进行电路连接、仿真,在课堂上使模拟电子技术教学更形象、灵活,更贴近工程实际,达到帮助学生理解原理,提高分析能力的目的。这对提高学生的兴趣、培养学生的创造性思维能力、全面提高专业素质具有重要的意义。
用Multisim7.0软件完成仿真实验的一般步骤:创建仿真实验电路图→确定仿真实验分析手段→启动Multisim7.0软件仿真→完成仿真实验分析。
3.1 创建仿真实验电路图首先确定实验电路,然后打开Multisim7.0软件,通过右边的元件工具栏(Component Toolbar)选择合适的元器件;通过右边的仪表工具栏(Instrument Toolbar)选择合适的仪表;然后通过放置栏,选取连接点并确定其位置;用导线把所用的元器件、仪器仪表和连接点进行连接;最后根据需要,合理调整元器件和仪器仪表的位置,最后得到图1所示的串联型直流稳压电源仿真实验电路。
2)假设串联型直流稳压电源负载不变,输入电压变动时,其输出电压趋向不变。
通过仿真实验进行验证:把图1中的示波器换成数字电压表(如图5所示),调节变压器,使U2=24 V,保持负载不变,仿真实验出各部分的电压,得知U0约为24 V;然后调节整流变压器,使U2=26 V和22 V,仍然保持负载不变,再分别仿真实验出各部分的电压,得知U0仍约为24 V。通过以上仿真实验得出串联型直流稳压电源的负载不变时,输入电压变动,其输出电压趋向不变,达到稳定电压的目的。
3)假设直流稳压电源的输入电压不变,负载变化时,其输出电压趋向不变。
通过仿真实验进行验证:把图5中的U2保持为24 V,使负载RP2分别为24 K、3 K、4 K,然后分别仿真实验出各部分的电压值,最后得知U0仍约为24 V。通过以上仿真实验可知,直流稳压电源的输入电压不变,负载变化时,其输出电压趋向不变,从而达到稳定电压的目的。
4 结论
随着科学技术的发展,把Multisim7.0软件进行的仿真实验应用在模拟电子技术课程教学中,将会打破传统的教学模式,“以虚带实”“以软带硬”,可以提高教学质量、增加学生的学习兴趣;可以解决传统教学中存在的设备紧张、仪器陈旧等问题;开发学生的学习潜能;增大单位时间所授知识的深度和广度。但由于虚拟器件存在虚拟的特点,在真实性方面与实际硬件仪器仪表存在比较大的差距,并不能完全代替传统的实验手段。所以在实际的仿真实验教学过程中,只有把硬件的仪器仪表和Multisim7.0仿真软件结合起来,发挥各自的优势,才能收到事半功倍的效果。