在电子技术教学中引入虚拟实验的尝试

1、在电子技术教学中引入虚拟实验的尝试一、引言 电子技术是高等职业学校应用电子、机电、自动控制、计算 机等专业的专业基础课。然而，调查显示，该专业基础课的实际 教学效果总体上很差，老师感觉难教，学生感觉难学，造成这种 局面的原因之一，是课程本身理论性强、枯燥乏味。加强实验教 学是解决这一问题的一种途径， 然而从提高教学效率和减少教学 成本的角度考虑，引入虚拟实验是一种更好的做法。高职院校的培养目标是培养应用型技术人才， 这就要求在教 学中突出电子技术的应用性和实践性， 通过强化训练来提高学生 的实际应用能力。近年来，随着计算机的普及与 EDA技术的发展， 基于PC平台开发的SPICE相关电路模拟软

2、件层出不穷，例如 Electronics Workbench-EWB 、 Pspice 、 IsSpice 、MicroCap 等软件。这些软件的出现为在教学中引入虚拟实验来强化训练提 供了技术上的保障。Electronics Workbench 具有功能强大、界面友好和使用方 便等优点， 是目前教育与工业界流行的电路辅助设计软件。 不少 高职院校在开设电子技术课的同时开设了 ElectronicsWorkbench电路设计，如果能把这两门课有机的整合，它们将会 相互促进，相得益彰。本文以 Electronics Workbench 与电子技 术的整合为例，介绍在电子技术教学中引入虚拟实验的做

3、法。二、EWB分析功能的引入EW创提供14种不同的分析，除了基本的直流分析、交流 分析、暂态分析外，还有多种进阶分析，如傅立叶分析、失真分 析、转移函数分析、梦特卡罗分析等。可见，高职电子技术主要 教学内容都可以借助 EWB进行教学。下面仅就基本分析功能进行 论述。1 静态工作点的分析。静态工作点分析的目的是确定静态工作点。 此处把这种分析 引入教学， 目的是突破“为什么要设置静态工作点及怎样设置合 适的静态工作点”这一教学难点。 明确了目的， 具体的分析就有 了针对性。首先启动EWB进入EWB主窗口，建立待分析放大电路的电 路图，设置元件参数。在进行直流分析时，将AC电源设为零。在稳态条件下

4、，使电容断路、电感短路，然后计算静态工作点。 最后， 选择 Analysis|DC Operating Point 菜单， 启动模拟分析。设置不同于前的元件参数，重新计算、分析、模拟，可使学 生认识到设置合适静态工作点的意义。2交流频率分析。在交流频率分析中， 所有的非线性元件都用它的线性小信号 模型处理。所以，EWB首先计算静态工作点以得到各非线性元件 的线性化小信号模型。其次，根据电路建立一个复变函数矩阵。 要建立矩阵，所有直流电源均需设为零，交流电源、电容、电感 则由它们的交流模型来取代，这些模型是由静态工作点得到的。 交流分析主要分析输入与输出关系相对于频率变化的影响。 在上 述步骤完

5、成后，交流分析接着计算电路随频率变化的交流响应。交流分析的执行：选择 An alysis | AC Freque ncy 菜单命 令，弹出 AC Frequency Analysis 对话框，设定 Analysis 各项 目内容。单击对话框中的 Simulate按钮开始分析（按 ESC可 以退出分析）。交流频率分析的结果， 可用两种图形显示： 增益对频率变化 图及相角对频率变化图。这些图形将在分析完成后显示。3暂态分析。EWB计算电路对时间的影响，是将每一输入周期分割为无数 的时间间隔，而在周期中的每个时间点执行一直流分析。因此， 每一个节点的电压由一个完整周期中的各个时间点的电压来决 定。直

6、流电源具有常数值，交流电源具有与时间相关值，电容及 电感由能量储存模型来描述， 而数值积分方法则被用来计算在每 一时间间隔中能量的转换量。如在后面将提到的对话框中选择 Calculate DC Operate point则EWB先计算电路的静态工作点。直流分析的结果被用作 暂态分析的初始条件。假如 Set to zero 被选定，则暂态分析以 零当作初始条件。假如 User defined initial condition被选定，则分析将由元件特性对话框中的设定来启动模拟。分析的执行：先确定要分析的节点。选择An alysis |Transient 菜单命令， 弹出 TransientAna

7、lysis 对话框。 输入或改变对话框中的项目。单击Simulate按钮（按ESC可以停 止分析）。暂态分析的模拟结果以电压对时间的变化曲线图形显示。 另 外，假如将虚拟示波器连接在电路上，只要启动电源，将执行类 似的分析。三、EWB虚拟仪器的引入EWB提供了 6种与实际仪器相近的虚拟常用仪器，分别是数 字万用表、函数信号发生器、示波器、频率特性仪、字信号发生 器和逻辑分析仪。 除此之外， 还提供了一个现实中不存在的虚拟 逻辑转换器。 利用这些仪器， 可以对已经建立好的电路进行仿真 测试、观察分析或验证。其一般步骤是：连接所需仪表到已建 立的电路中。启动电路。储存电路。下面以借助字信号发生 器和逻辑分析仪对半加器电路的仿真分析为例，进行介绍。半加器电路已建立（图略）。其后的步骤是：1. 单击仪器库图标调入字信号发生器到工作区，置于输入 侧。按顺序选字信号发生器的 3 个输出端与全加器输入端连接。 调入逻辑分析仪到工作区并连接， 把输入信号和输出信号依相应 的顺序排列