虚拟仿真软件在高校电子技术教学中的应用

PAGEPAGE1虚拟仿真软件在高校电子技术教学中的应用内容摘要：顺应“互联网+〞时代教学主体、教学资源与教学媒介等要素的变更与发展，高校老师均在探寻求索符合自己学校需求的线上+线下混合式教学方法。针对中国传媒大学南广学院电子技术类课程当前教学现在状况和存在的问题，提出了将Multisim仿真软件引入到课程的实验教学中，并通过详细实例来说明Multisim虚拟仿真软件在实际教学中的应用和优势。同时在当前“停课不停教，停课不停学〞的网络授课经过中加以应用，为后续的课程教学改革提供了一种教学思路和方法。本文关键词语：Multisim；虚拟仿真；电子技术；实验教学TP391.9；G712A2096-4706〔2020〕07-0183-04ApplicationofVirtualSimulationSoftwareintheTeachingofElectronicTechnologyinUniversitiesCAOHaiyan1，ZHANGDawei2〔1.SchoolofCommunicationTechnology，CommunicationUniversityofChina，NanguangCollege，Nanjing211172，China；2.AcademicDepartmentofCommunicationUniversityofChina，NanguangCollege，Nanjing211172，China〕Abstract：Conformtothetransformationanddevelopmentofthemainelementsofteaching，teachingresourcesandteachingmediainthe“internetplus〞era，mostteachersareexploringonlineandofflinehybridteachingmethodsthatmeettheneedsoftheirownuniversities.Inviewofthecurrentteachingsituationandproblemsofelectronictechnologycoursesinourschool，thispaperpresentsamethodologytoapplyMultisimvirtualsimulationsoftwareintoexperimentalteaching.TheapplicationandadvantagesofMultisimvirtualsimulationsoftwareinpracticalteachingareillustratedbyspecificexamples.Itisappliedinthenetworkteachingprocessof“nostopteaching，nostoplearning〞，Italsoprovidesakindofteachingthoughtandmethodforthefollowingteachingreform.Keywords：Multisim；virtualsimulation；electronictechnology；experimentalteaching0引言我校現有电子信息类广播电视工程、通信工程、电子信息工程专业和计算机类计算机科学与技术、数字媒体技术、智能科学与技术共计6个专业，电子技术课程是上述专业的主要专业基础课。是学生硬件类课程的基础，为学生后续专业课学习、毕业设计、创新创业大赛、各类计算机设计竞赛以及从事硬件类工作、科研提供了主要的保障。长期以来，课程的重要任务就是把握电子电路的基本原理，强调电路的分析方法与设计研究，尤其是重视学生把握电子电路器件的外部特性与实际应用能力的培养。因而，怎样紧跟电子技术的发展，搞好课程教育和教学改革，提升教学质量，是高校老师一直研究的内容文章文结合学校的实际，提出在电子电路课程的教学中引入虚拟仿真软件，辅助理论教学、补充分验设备不足，进一步引导学生应用到课程设计、毕业设计和电子设计竞赛，提升人才培养的质量。1虚拟仿真软件在电子技术教学中的可行及需要性在电子技术课程的教学中，由于该课程工程理论性强，需要理论教学与实验教学相结合，培养学生的动手能力和科技创新能力。老师既需要在课堂上进行一些简单需要的演示实验来引导学生把握理论知识点，也需要让学生课后实际动手实验理论。因而，在工科教学经过中实验环境或不可缺。传统的课程教学采用课程实验定制电子技术实验箱，并需要装备相应的信号源和测量仪器等多个仪器。但是定制实验箱的电路元器件参数被限定了，更换不同参数的元器件不方便，对于一些扩展实验，综合设计类实验实训存在一定的局限性；而且由于我校为传媒类院校，对工科专业实验室的投入资金有限，不可能购买所有能用到的实验箱和仪器仪表；而且学生在实验经过中不能够完全把握元器件在电路中的作用，在实验验证经过中会发生元件参数毛病、电路连线毛病、仪器仪表使用毛病等，导致仪器仪表损坏；由于不可避免的情况，无法正常线下授课学习，只能网络学习的情况下，师生均采购实验设备是不切实际的事情。综合上面几点考虑，假如能有一种虚拟仿真软件，有丰富的元器件库和仪表资源、能够方便修改元器件参数进行电路分析等相关功能的软件，能够针对性地解决上述问题。而Multisim软件能够知足以上实验教学和实验设计需求。2Multisim软件重要功能和优点Multisim是美国国家仪器〔NI〕公司推出的电子电路仿真软件，它用软件的方法虚拟电子元器件以及各类电子电工仪表，通过软件将元器件和仪器融为一体，能知足中小规模的模仿、数字逻辑以及混合电路的仿真需要，软件的重要特点如下。2.1图形界面直观易用该软件的操作界面延续了EWB软件的实验工作台的特点，能够像在纸上绘制电路图一样，利用鼠标直接拖拽电路元件和测试仪器放置在界面上，并能够直接用鼠标划线构成导线连接元件。2.2丰富的元器件和测试仪器该软件元件和仪表资源非常齐全，提供了当下国际主流元件商提供的一万多种元件，而且能够通过设置修改元件的基本参数，以至能够在设计经过中开创建立自己需要的新的元器件。测试仪器库的测试仪器也很齐全，涵盖当前市面常用的测量仪器，而且面板设置跟真实仪器非常类似，使用方法一样。2.3强大的仿真和电路分析功能该软件具有较强的电路仿真和分析功能，能够提供电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、线性和非线性分析等多种电路分析方法；还能够设计、测试和演示各类电子电路，包含电路基础、模仿电子电路、数字电子电路、高频电子电路及部分微机接口电路等。基于该软件的上述特点，在高校电子技术基础课程教学中，能够利用仿真软件检测设计电路的正确与否，及时排查毛病。相对于利用实际硬件验证，提升了效率，节省了时间，避免了实际原材料的消耗和浪费，节约成本。而且在仿真的经过中，能够快速修改参数，及时观察出电路的输出情况，理解不同元件、不同参数对整个电路的影响，加深对实验实训内容的理解，把握理论知识。[2]3Multisim在电子技术教学中的应用基于Multisim软件在电子技术课程中采取虚拟仿真教学法，不仅能够及时将抽象的概念形象化，还能够将一些学习方法等以动态方式具体表现出出来，降低了学生学习理解的难度，拉近了课程教学目的与市场需求的间隔；还能够根据需要随意控制，使實验结果反复重现，大大提升了课堂教学效率，可以以由学生自己动手得到实验结果，提升了学生的工程应用能力，使学生的学习兴趣得到了有效激发和提升。3.1基于Multisim软件的实验方法学生在电子技术的学习和实验经过中，利用Multisim仿真软件来验证和设计实验实训，需要遵守如下的步骤，如此图1所示。首先分析实验目的和实验任务需求，根据电路功能确定实验方案并选适宜的元件，设计电路原理图。然后在Multisim仿真软件中搭建好电路模型，设置好元件参数并仿真。假如仿真结果不正确，则需要分析毛病结果，找出电路设计的问题，修改设计电路图从新仿真完善。假如结果正确，则能够记录实验结果、分析数据、整理实验报告册。同时还能够通过修改电路中元件的参数，来分析总结参数的变化对电路的影响。3.2Multisim软件在电子技术教学中的应用实例负反应放大电路是模仿电子技术中比较典型的基础验证性实验，在实验室中，需要进行基本放大电路和负反应放大电路两种电路的连接和改接。学生在连线和仪器使用方面还比较陌生，很难在有限的实验时间纯熟到达实验并验证的目的。可先用Multisim仿真该实验，能够使学生更好地理解实验内容，有条件的情况下再进行实验箱实物操作连接验证。既保卫了实验仪器，也提升了学生电路设计的能力，也在特殊情况下解决了没有实验设备的缺点。本例中建立的负反应放大电路是一个带有电压串联负反应的两极阻容耦合放大电路，如此图2所示。将图2电路图改接，将Rf断开后分别并在Rf1和RL上，其他连接不动，构成不含负反应的基本放大电路，如此图3所示。3.2.1放大电路输出失真的观察将上述电路图的输入信号的幅度提升10倍，使负反应放大电路Ui=100mV，基本放大电路Ui=10mV。用示波器观察输出波形，如此图4、图5所示。由输出波形图能够看出，假如输入信号的幅度设置过大，超越了放大器的放大区，输出波形将产生失真。图5的基本放大电路产生了饱和〔削底〕失真，图4的负反应放大电路顶部和底部都产生了失真。3.2.2放大电路动态参数的测量调整输入信号幅度，在保证示波器监视下的输出波形Uo不失真的情况下，分别测量上述两幅图的中频电压放大倍数AV、输入电阻Ri和输出电阻Ro。计算公式为AV=Uo/Ui；Ri=R1*Ui/〔Us-Ui〕；Ro=〔Uo/UL-1〕RL，其中R1=5.1kΩ，RL=2.4kΩ。测量及计算后的数据如表1所示。根据表1的计算数据分析，能够验证到：〔1〕与无任何反应的基本放大电路相比较，此带有电压串联负反应的两极阻容耦合放大电路的动态性能的变化：极大地提升了输入电阻，降低了输出电阻，降低了放大倍数。〔2〕将输入信号幅度控制在一定的范围内，放大后的输出波形均坚持为不失真的状况，如此图6、图7所示。在实验的经过中，还能够让学生利用直流电压表测量三极管三个极的静态电压参数；试着改变一些元器件的参数，看看输出和静态工作点有什么变化；分别增大两个电路信号源的输出幅度至产生输出失真，观察反应对非线性失真的改善情况等等。而这些在没有电路箱的时候也很容易实现，以至操作上比有电路箱更方便实现。学生亲身动手画图，改动电路，亲眼看到示波器值的变化，然后启发他们用理论知识去解释所发生的现象，就能引起他们对理论学习的兴趣，激发动手实验的乐趣，提升分析问题、解决问题的能力，增长自行设计电路的自信心。[3]4结论总而言之，在高校电子技术类课程的教学经过中，能够充足利用虚拟仿真Multisim软件到理论和实验的教学中去。Multisim软件界面清楚明晰，使用简单，元器件和仪器等电子资源丰富，且能够定期更新下载较新的元器件库和仪器仪表。在线上、线下的理论、实验教学经过中均能够进行使用，并能够先进行预先仿真设计和分析，排盘问题后再结合硬件实际操作，加深学生对知识的理解。以下为参考文献：[1]俞志英.Multisim仿真软件在模仿电子技术实验教学中的应用[J].信息技术与信息化，2019〔4〕：113-114+117.[2]豆玉杰，张霞.Ewb在电子电路教学中的作用[J].农业网络信息，2007〔2〕