ＥＷＢ虛擬技術在《模擬電子線路》課程教學中的應用

摘要：虛擬技術是利用計算機模擬仿真真實過程的一項實用技術，虛擬技術的發展使電子線路的分析設計過程得以在計算機上輕松、準確、快捷地完成。其優點是方便的更改電路和元件參數，更快更好的了解電子電路的各種性質，縮短設計電路的時間。利用計算機的電子設計自動化，促進《模擬電子線路》教學的現代化是一種新的教學方法，也是一種培養學生實際動手能力的有效工具，更是電子類課程教學的發展方向。本文介紹了EWB虛擬技術在《模擬電子線路》課程教學中的應用，基于Multisim進行電子線路設計仿真，讓抽象的理論及時得到檢驗，加深對理論的理解和記憶，作為教學的補充。

關鍵詞：EWB；電子技術；仿真； Multisim

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)22-735-03

EWB Virtual Technology in the \"Analog Electronic Circuits\" the Teaching of

QU Li-rong

(Sanjiang University， Nanjing 210012， China)

Abstract: Virtual technology is the use of computer simulation of a real process of practical technology. The development of virtual technology make it easily， accurately and quickly completed that accomplish electronic circuit analysis in computer process. The advantage is a convenient parameter changes in circuits and components， faster and better understanding of the nature of the various electronic circuits， and a shorter time spent in circuit design. By taking use of computer to design electronic circuit automatically and Promotion to use \"mock electronic circuit\" to realize the modernization of teaching， a new teaching methods， Has been found， that is also a effective tool to train students manipulative ability， actually the direction of development in electronic teaching.

This paper introduces the EWB virtual technology in the \"mock electronic circuit\" of teaching and how to realize the simulation of electronic circuits design based on Multisim software. In this paper abstract theories to be tested in practice and the understanding and memory of theories could be promoted， that is the complementary for teaching.

Key words: EWB; electronic technology; simulation; multisim

1 引言

模擬電子線路課是電子類專業學生的重要專業基礎課程.在教學內容上，它既有抽象的理論分析，又有具體的實踐應用，在教學中很難在理論和實際的結合中找到切入點。解決該矛盾的有效手段是充分利用多媒體、數據平臺、仿真軟件等現代化的教學手段。教師結合教學內容通過多媒體教學平臺演示完成，也可由學生在課外參照有關習題完成。通過人機對話的方式，能使每個人都能親自動手接觸電路，進行元件接線，參數設定，邊連線，邊測試，邊修改，邊分析，并與理論計算結果進行對照。通過EWB軟件可隨時調整和修改元器件參數，分析各元件參數對電路的作用與影響。調試和測量過程就是最好的學習過程。

2 Multisim運用與教學的優勢

Multisim是知名的虛擬仿真軟件之一，內含數萬種元器件和13種常用的虛擬儀器儀表.用它可以方便地搭接各種模擬電子線路，準確地對電路進行仿真分析。不僅可以提高設計效率，而且可以保證設計質量。用Multisim軟件設計《模擬電子線路》，如同在實驗室面包板上搭接電路，且不受元器件種類、數量和測試儀器的限制。Multisim高品質的性能、強大的分析能力使設計者輕松愉快、卓有成效地完成設計任務。

Multisim不但提供了各種豐富的分立元件和集成電路等元器件，還提供了各種豐富的調試測量工具：各種電壓表、電流表、示波器、指示器、分析儀等。是一個全開放性的仿真實驗和課件制作平臺，給我們提供了一個實驗器具完備的綜合性電子技術實驗室。可以在任意組合的實驗環境中，搭建實驗。可用常規的調試方法如測量各點電壓、電流，波形等來調試和測量電路。對《模擬電子線路》課程中的絕大部分電路都能應用，不僅能用于對單個電路特性和原理進行驗證，也能用于多級的組合電路。

對于較大規模的電路，可分級接線和調試。通過元件復制或單級電路的復制來完成整個電路的組裝。因此也適用于較大型的設計性實驗。

3 加深了學生對理論知識的理解程度

“模擬電子線路”課程內容幾乎涉及到電子線路的各個領域，雖然其內容要求不深，但知識面廣，信息量大，在有限的學時內用傳統的授課方法去講授，教學效果很不理想。采用什么樣的教學方法和手段，能做到最大限度地提高單位學時的信息量，激發學生的學習興趣，提高教育教學質量，是擺在我們每位一線教師面前的重大難題。為了提高教學質量，我們在“模擬電子線路”理論課程教學中充分應用現代化的教學媒體，大膽引入EWB仿真實驗，進行了有益的探索，使理論教學與仿真驗證相結合，將抽象的理論知識變成直觀的感性認識，加深了學生對理論知識的理解程度，取得了較好的學習效果，將這一方法用于教學實踐有以下幾個特點：

1)教育的目的在于提高學生的分析能力、判斷能力及創新能力，提高學生的綜合素質。我們知道用實物設計制作復雜一點的電路，單是搭建時準備零件、制作電路板、焊接就要花費不少功夫；接好電路后，為了使電路處于滿意的工作狀態，不斷地更換零件、調整參數也是十分費時費工的。學生要運用自己學到的知識設計制作新穎的電路是一件很困難的事。現在，用Multisim仿真做虛擬實驗給學生創造一個優良環境，學生可以充分發揮他們的智慧，展現他們的才華，拓展學生的創造性思維。

2)在計算機上即可完成和實現電路的電氣連接，檢測電路的電性能。例如，顯示檢測點的電壓電流波形及對電路進行直流分析、交流分析、瞬態分析等多種分析，及時獲得仿真結果。

3)評估元器件參數變化（包括故障）對電路造成的影響。分析一些較難測量的電路特性，如進行噪聲（Noise）、頻譜（Fourier）、器件靈敏度（Sensitivity）、溫度特性（Temperature）分析等。

4)可以在短暫的實驗時間里快速完成較復雜的電路連接、測試工作。

5)與傳統實驗一樣，Multisim仿真軟件在設置實驗時，首先明確該實驗要解決什么問題。這就要求教學人員不僅要對課程內容和教學任務做系統深入的研究，認識該學科的特點，劃分知識點，尤其是重點、難點，而且還要充分考慮學生的學習特點，在此基礎上確定實驗內容。

4 仿真實驗在理論教學過程中穿插進行

根據所學電路的原理圖，用EWB模擬連接電路，確定電路中的各元器件參數，使用EWB虛擬儀器進行在線測量。對照電路設計要求更改相關元件參數，觀察所得的變化。最后與理論計算進行對照比較，用EWB進行仿真模擬實驗，實驗過程非常接近實際操作的效果。各元器件選擇范圍廣，參數修改方便，不會象實際操作那樣多次地把元件焊下而損壞器件和印刷電路板，使電路調試變得快捷方便。對電路進行仿真運行，通過對運行結果的分析，判斷設計是否正確合理，是Multisim的一項主要功能。以下是兩個實際的例子：

4.1 單級阻容耦合共射放大電路

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圖1 單級阻容耦合共射放大電路 圖2 模擬雙蹤示波器波形圖

在上圖所示電路中，基極和集電極反向180度。再通過模擬雙蹤示波器可觀察放大器的輸入與輸出波形，其中紅色線條為輸入波形，藍色線條為輸出波形，二者有一相位差π。

由于電路參數不同，在信號源電壓為正弦波時，測得輸出波形為下圖所示，試說明電路分別產生了什麼失真，如何消除？

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圖3 飽和失真 圖4 截止失真

電路中工作正常時，R1=10K，R3=3.9K波形如圖2所示：

1) 減小基極電阻R1=5K，增大集電極電阻R3=15K其他元件參數不動，波形如圖3所示，分析出現了飽和失真。解決的方法增大Rb，減小Rc。

2) 增大基極電阻R1=30K，波形如圖4所示，分析出現了截止失真。解決辦法減小Rb。

3) 同時出現飽和失真和截止失真，波形如圖5所示，解決辦法應增大Vcc、減小Rc。

4.2 電壓并聯負反饋放大電路

負反饋在電子線路中有著非常廣泛的應用，采用負反饋是以降低放大倍數為代價的，目的是為了改善放大電路的工作性能，如穩定放大倍數、改變輸入和輸出電阻、減少非線性失真、擴展通頻帶等，所以在實用放大器中幾乎都引入負反饋。在以往的教學中發現，即使教師對負反饋的概念、反饋的類型等都做了全面的分析，但學生掌握得不夠好。現在使用Multisim作為教學和實驗的一種輔助手段，由最初的創建電路圖到現在的仿真實驗及電路設計，取得了顯著的教學效果。

可以看出，引入負反饋后電壓放大倍數降低了，但穩定度提高了，非線性失真減少。將Multisim軟件應用于電路分析的教學當中，可以使得理論課更加生動活潑，課堂的實驗演示更加靈活方便，是對傳統教學方式的十分有益的革新與補充。

5 結束語

在教學過程中，分別對兩個班采用了不同的教學方法，一個班按照傳統的教學模式，另一個班在《模擬電子線路》課程中，穿插使用EWB進行電子線路設計仿真教學。結果表明學生只要具備電子線路的基礎知識和一定的軟件操作能力，就可以有效地利用虛擬技術進行仿真，并達到很好的學習效果。

EWB（電子學工作平臺）為我們提供了一個很好的實用工具，使我們能夠在教學過程中隨時提供實驗、演示和電路分析。教師可以在多媒體教室中深入淺出地分析各種電路的特性，講解各種參數改變對電路的影響。學生可結合學習內容，進行接近于實際電路的調試分析，有利于加深理論理解。通過這樣的計算機模擬仿真實驗，把電子技術的理論教學和實驗教學有機地結合起來。為電子電路實際制作打下一個良好的基礎。虛擬仿真技術，融入《模擬電子線路》課堂教學將明顯提高電子線路理論課的教學效果。

參考文獻：

[1]蔣卓勤. Multisim 2001及其在電子設計中的應用[M]. 西安電子科技大學出版社，2003.