LabView在模擬電子技術實驗中的應用

李淑明 姜玉亭 李曉冬 蔡春曉

（桂林電子科技大學，廣西 桂林 541004）

LabView在模擬電子技術實驗中的應用

李淑明 姜玉亭 李曉冬 蔡春曉

（桂林電子科技大學，廣西 桂林 541004）

模擬電子技術實驗是理工科電類專業非常重要的一門理論與實踐相結合的基礎實驗課程，在學生的培養中起到非常重要的作用。文章首先列舉LabView特點，然后通過實例分析和討論LabView在模擬電子技術實驗中單級放大電路實驗模塊教學中應用，讓學生能更好的理論聯系實踐，提高學生設計能力、分析問題和解決問題能力，從而提高實踐能力。

模擬電子技術實驗；LabView；實踐能力

1 引言

模擬電子技術是一門理論與實踐結合緊密的課程，模擬電子技術實驗作為高等理工科院校的電類各專業本科生必修的一門非常重要的基礎課程，既是模擬電子技術理論課程的實踐和應用，又是后續專業課程的鋪墊和橋梁，還是訓練學生基本實驗技能、培養工程意識和創新能力，以及提高學生綜合素質的重要環節[1]。

現在大多數學校都建設了軟件仿真實驗室，有了這些實驗室，學生可以在實驗室先對需要完成的實驗進行理論分析和研究，然后去硬件系統上進行硬件實驗，將硬件系統上測量的數據與軟件仿真獲得的數據進行比較和分析，這樣就更能加深理論學習和分析問題的能力。在這些軟件仿真實驗室中，LabView虛擬實驗室的優點就尤為突出，其可以隨時使學生應用儀器對實驗進行操作，真正做到理論與實踐詳解的授課方式，實現一邊上課一邊操作實驗，學生能現場操作儀器，馬上檢驗理論知識，強化了教學效果。學生還可以利用課余時間反復操作儀器，老師就不用擔心儀器被破壞了或者擔心安全問題。LabVIEW虛擬實驗室能夠復現電子技術實驗室的內容，可以實時監測實驗的動態情況和實現原理，為學生們提供大量的實驗機會。LabView虛擬實驗室的發展，對實現理論與實踐相結合有很大的幫助，不僅能提高學生的創新能力，而且還節約成本。

2 LabView的概述

LabVIEW是一種程序開發環境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發，類似于C和BASIC開發環境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區別是[2]：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。 LabVIEW軟件是NI設計平臺的核心，也是開發測量或控制系統的理想選擇。特點如下[2]：

（1）盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。

（2）可充分發揮計算機的能力，有強大的數據處理功能，可以創造出功能更強的儀器。

（3）用戶可以根據自己的需要定義和制造各種儀器。

（4）LabVIEW 是一種圖形化的編程語言的開發環境，圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構建自己的科學和工程系統的能力，提供了實現儀器編程和數據采集系統的便捷途徑。

3 LabView在模擬電子技術實驗教學中的應用

模擬電子技術實驗分為 8個實驗模塊，本文主要介紹LabView在單級放大電路中的應用，單級放大電路由NPN晶體管VT、集電極電阻Rc、基極電阻Rb1、Rp、Rb2、發射極電阻由Re1和Re2，耦合電容C1、C2和旁路電容C3組成，電源電壓為VCC。信號電壓經電容C1耦合，由基極和發射極之間輸入。放大后的電壓Uo從集電極和發射極之間輸出，經電容C2耦合至負載電阻RL。電路的結構圖[3]如圖1。

圖1　單級放大電路原理圖

3.1LabVIEW實現靜態和動態工作點計算

單級放大電路要工作在放大狀態，必須選擇合理的靜態工作點。通過LabVIEW的運算功能，就可以快速的計算出電路的靜態工作點，從而能直觀的判斷，晶體管的工作狀態。首先設計LabVIEW的前面板，前面板由輸入控件和輸出控件構成如圖2，輸入控件用于輸入電路中的參數，顯示控件用于顯示計算的結果。后面板的設計如圖 3，利用LabVIEW中的條件結構控制程序的流程，條件結構相當于C語言中的“if.....else”語句。通過一個按鈕控制選擇器來控制程序運行，在條件結構里運用LabVIEW函數選板中的“數學-數值”，里的加減乘除按照以下公式的運算關系計算出基本放大電路的靜態工作點以及動態參數根據圖 1可以推斷出下列相關公式[3][4]：

圖2　輸入輸出前面板圖

圖3　單級放大電路程序框圖

3.2單級放大電路LabVIEW前面板設計

本文設計單級放大電路實驗的前面板由五部分組成，第一個部分是用來顯示共射放大電路的波形圖。第二個部分是電路的輸入參數設置，用來計算靜態工作點和動態工作點。第三部分是中間的數據結果的顯示，用來顯示靜態和動態工作點；第四個部分是用于選擇信號的采集通道，以及顯示所采集到信號的參數包括頻率、幅值。第五個部分是用來配置采集設備與電腦連接的串口信息和關閉程序運行，單級放大電路前面板如圖4所示。

圖4　單級放大電路前面板

3.3輸出結果分析

從圖5結果的波形圖可以看出，輸出的電壓比輸入的電壓放大了好幾倍，而共射單級放大電路有個特點，就是輸出電壓與輸入電壓的相位相反。但是從表面上看，并不明顯含三極管的集電極電流，似乎表明電壓放大倍數Au與晶體三極管的集電極電流大少無關。其實不然，因為三極管的動態電阻rbe與三極管靜態發射極電流（也可以表示為集電極電阻）IEQ有關，靜態電流IEQ增加時rbe變小，這導致電壓放大倍數的增大。因此一個共發射極放大電路的電壓放大倍數是和三極管的靜態集電極電流有關的，電流增加時，放大倍數也增加[3]。

圖5　單級放大電路輸出輸入波形圖

4 結束語

利用 LabView虛擬實驗體系[5]，只要一臺計算機，學生就能隨時隨地的對本次實驗的LabView實驗平臺進行設計，通過這個設計自主進行仿真實驗，從而提前對本次實驗理論知識進行研究，再與通過硬件系統實驗所獲取的實驗數據進行分析比較，從而達到提高學生分析問題、設計電路能力，進而達到提高實踐動手能力。

[1] 晏湧.模擬電子技術實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗室技術與管理,2012,29(4):288-290.

[2] 陳國順,張桐.精通LabVIEW程序設計[M].北京:電子工業出版社,2012.

[3] 康華光.電子技術基礎(模擬部分)第四版[M].北京:高等教育出版社,1999.

[4] 李淑明.模擬電子技術實驗·設計·仿真[M].成都:電子科技大學出版社,2010.

[5] 劉宏波.LabVIEW 在通信原理課程中的應用[J].實驗科學與技術,2009,7(1):15-17.

Research on application of LabView in analog electronic technology experiment

Analog Electronic Technology Experiment is the basis of experimental electric Specialty important a combination of theory and practice in engineering, play a very important role in the students' culture, this paper include LabView characteristics, and then analyzed and discussed by example LabView single stage amplifier circuit experiment modules Teaching in Analog Electronic technology Experiment, to enable students to better integrate theory with practice, improve students' ability to design, analyze problems and problem-solving skills, thereby enhancing the ability in practice.

Analog electronic technology experimen; LabView; practical ability

TN710.9

A

1008-1151(2015)09-0154-02

2015-08-15

“電子技術實驗教材建設”（ZJW11060）；“基于超寬帶雷達電磁特征的隱藏人體目標探測技術研究”（2013jjAA70025）。

李淑明（1973－），女，江西九江人，桂林電子科技大學教學實踐部高級實驗師，研究方向為數字圖像處理。