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电工电子电路虚拟实验室建设研究

 论文栏目:电子电路论文     更新时间:2019/5/15 16:49:44   

摘要:本文针对电工电子电路实验教学,浅谈基于Multisim虚拟仿真软件构建虚拟电子实验室的方案及思路,旨在弥补硬件环境下实验教学不足,提高电工电子电路课程实验教学质量。

关键词:电工电子电路;Multisim;虚拟实验室

电工电子电路实验,作为高等教育院校电类与非电类专业需要开设的基础性实验课,具有内容广、涉及专业多、更新速度快、对学生实际应用能力要求高等特点,并且实验待测参数多,以传统模式配置仪器,一般情况下存在仪器类型多、投入大等诸多问题,为了加强实验教学条件建设,创新实验教学方法与手段、改革实验教学模式迫在眉睫。因此,有必要构建以虚拟实验设备为主、采用虚拟仿真与实际操作相结合的实验方式,运用Multisim仿真软件创建虚拟仿真实验室,突出学生创新能力的培养,努力构建资源丰富、用途广泛的新型电工电子实验教学体系。

一、Multisim仿真软件简介

随着电子CAD技术的发展,出现了EDA技术,即充分利用计算机搭建基本工作平台,并包含计算机技术、应用电子技术以及信息处理技术等前沿发展的最新研究成果,对相关电子产品进行自动设计与处理的技术。Multisim虚拟仿真软件,是由加拿大InteractiveImageTech-nologiesLtd研制的,主要用于电路仿真和设计的虚拟软件,涵盖Multisim、VHDL/Verilog、UtliboardPCB设计和Ultirounte,具有功能强大、操作界面简单、运行速度极快和兼容性极好等优点。因此,广泛用作高等院校“电路分析”“模拟电子电路”“数字电路”等课程的仿真设计平台。

(一)Multisim软件具有丰富的元件库

Multisim软件具有多种不同版本,元件数量不尽相同,增强专业版能够提供16000个元件,专业版可以提供12000个元件,教育版有6000个元件。元件又分为虚拟元件和现实元件两类,具体包括有l4个元器件分类库,每个元器件库又含有3-30个元件箱。

(二)Multisim软件具有多种仪器仪表

Multisim14仿真软件特色鲜明的功能之一,是含有各种用于电路测试任务的仪器仪表,这些仪器仪表十分直观,实验操作与读取数据与实际仪器仪表完全相同。Multisim14的仪器仪表库包括数字万用表、功率计、函数信号发生器、道信号示波器、波特图示仪、数字信号发生器、逻辑分析仪、频谱分析仪等目前最先进的仪器。仪器面板和传统实验仪器面板一致,操作及读数非常方便。

(三)Multisim软件具有强大的分析功能

Multisim软件提供了直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、参数扫描分析等十几种电路分析方法,可以帮助学生分析电路的功能,大大缩短分析时间。同时,还可以对实验电路设置多种故障,分析在各种故障条件下电路的不同状态。

二、基于Multisim的虚拟实验室的特点

运用Multisim仿真软件进行电工电子电路虚拟实验,具有相对比较明显的优势,例如,实验实习内容比较全面、涉及硬件投入不多、学生可以自行实施实验、实验过程中损耗少、与工程实践比较接近等。

(一)实验教学内容多

主要包括电路实验、模拟部分实验和数字部分实验,不但能够实施验证性实验,并且能够进行综合性、设计性实验,另外,还可以利用软件模拟元件故障,有助于拓展学生的学习思路和兴趣。

(二)实验安全性高

在过去传统的实验教学中,涉及到因操作不当而造成的元器件和仪器仪表损毁的情况屡见不鲜,甚至造成人员伤亡。虚拟仿真实验的元器件、仪表是虚拟存在的,学生不需要接触真正的元件和仪表,因此,不存在上述的问题,避免了实验过程中学生和实验设备出现的安全隐患。

(三)提升学生创新能力

传统的实验教学中,忽视了学生实际动手能力的培养。学生系统学习理论知识内容,但将其运用于工程实践的难度显而易见,虚拟仿真实验软件恰好解决了这个难题。

三、电工电子电路虚拟实验室的构建

构建基于Multisim虚拟仿真软件的实验室,可以充分运用Multisim虚拟软件,通过将元器件和仪器集合为一体,实现原理电路设计、电路功能测试等各种虚拟仿真实验。实验室系统组成如图1所示。

(一)电路分析辅助教学系统

在《电路分析》理论教学、实验教学的基础上,利用Multisim14仿真软件进行电路分析相关实验,开展原理电路设计,实现电路功能测试。主要包括:电路元件伏安特性的测试、叠加定理的验证、戴维宁定理的验证等。

(二)模拟电子技术辅助教学系统

在《模拟电子技术基础》理论教学、实验教学的基础上,利用Multisim14仿真软件,进行基本模拟电路的设计、测试和演示。主要包括单管共射放大电路、差动放大电路、负反馈放大电路等。

(三)数字电子技术辅助教学系统

在《数字电子技术基础》理论教学、实验教学的基础上,利用Multisim14仿真软件,进行数字电路相关实验,完成数字电路的设计、演示与测试。主要包括集成门电路的测试及其应用、组合逻辑电路的设计、译码器和编码器等。

(四)第二课堂创新实践系统

在辅助日常教学的基础上,鼓励学生借助仿真软件进行创新性实验,激发学生学习热情,调动学生探索新知识、新事物的积极性,逐步培养学生在学习过程中不断发现问题、分析问题和解决问题的能力。包括功率放大器综合设计、四人抢答器综合设计和数字秒表综合设计等。

四、结语

构建Multisim电工电子电路虚拟实验室,不断优化整合教学内容体系,进一步提升教学效果和质量,使学生在理解掌握基本理论知识的基础上,补充前沿科技发展新成就,不断提升学生自身能力,充分发挥学生的创造性,提升创新能力素质。但是,也要认识到,它虽然能够起到辅助教学的作用,但不能从根本上完全替代理论教学、实际实验教学。同时,因为存在诸多影响因素,在未来的实际教学过程中需要积极探索、扬长避短、努力实践、不断完善。

参考文献:

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[4]王瑞,何平,冯玉田.电子电工仿真实验技术[M].北京:清华大学出版社,2014:5-23.

作者:莫军 牛雷 魏琴 单位:陆军航空兵学院

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