電子電工實驗中模擬仿真技術的應用分析

阮銘忠

（福建省湄洲灣職業(yè)技術學校，福建 莆田 351254）

在傳統(tǒng)化的電子電工實驗中，由于相關人員對于實驗材料的不熟悉，或者是自身的動手能力較差，導致最后所取得的實驗效果非常不理想。而在利用模擬仿真技術之后，不僅可以增強實驗人員對于事物的整體感知，也能更為簡單的理解實驗中一些比較抽象的知識點。此外，也降低了設備在應用過程中所存在的安全隱患，進而增強了實驗的可操作性和便捷性。

1 模擬仿真技術在電子電工中應用的基本概念

電子電工的領域中，在設計EWB過程時，應該將所有的設計理念都貫穿到其中，確保用戶界面的簡潔性與安全性，進而確保設備的完善程度。從相關的調(diào)查中就可以發(fā)現(xiàn)，EWB中，分析工具有14種，元器模型就有8000多個，而掃描分析的工具也有4種。從中就可以看出，電子電工的應用范圍較廣。在電子設計平臺中，適當?shù)募尤肽M仿真技術，可以更為精確的查看出觀測電路實驗中的相關數(shù)據(jù)，讓它的敏感度有所提升，并且可以在條件和參數(shù)都會改變的情況下，查看電路的變化過程。

在實驗過程中，應用模擬仿真技術，實驗者通過計算機來進行電力的設計、檢測和分析工作，查看實驗設計是否科學。而在進行創(chuàng)新性實驗的過程中，可以通過這項技術對設計的方案進行檢驗，查看實驗方案的可行性，進而減少掉對實驗設備的消耗。

2 電子電工實驗中模擬仿真技術的應用優(yōu)勢

2.1 降低實驗成本

傳統(tǒng)實驗中所需要的一般是由廠家所生產(chǎn)出來的設備和各種儀器，這些設備中，有的是軟件模塊，有的是硬件模塊。但是從整體的角度去看待這些設備，都具有一定的局限性，如靈活性較差，功能比較單一化，而且價格還比較高，所以需要投入的實驗經(jīng)費也更高。在實驗過程中，會應用到焊接元器件等多種設備，實驗結(jié)束之后，還要對現(xiàn)場進行清掃，這樣不僅會花費掉大量的時間，還要增加勞動成本。而在計算機上安裝上了模擬仿真軟件之后，就可以解決以上所有的問題，在軟件中會提供一定的元器件和儀器令，讓實驗人員可以將所有的精力都放置在實驗中。

2.2 確保操作人員的生命安全

電子電工實驗中，每個點同電之間都有著非常緊密的聯(lián)系，尤其是在一些高壓電源中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些危險事故，這種事故不僅是對設備的損害，更是威脅到人的生命安全。例如，在芯片的插入環(huán)節(jié)，假設不正確的插入方式就會導致芯片燒壞，嚴重時甚至會造成人員的傷亡。而在利用了模擬仿真技術之后，就可以充分借助計算機的優(yōu)勢來開展相應的工作，不會直接接觸到真正的元器件。此外，在應用這項技術的時候，還可以激發(fā)實驗者自身的創(chuàng)造能力，可以在EWB上隨意的設置故障，并且提供多種不同的電力分析模式，讓實驗者進行多次的嘗試，這種方式也更為的靈活與便捷。

2.3 彌補原本實驗中的缺陷

在實驗室中，所準備的元器件和各種儀器的數(shù)量都有一定的規(guī)定，而在大部分的情況下，只是提供一些比較常用的元器件，還有許多元器件的型號和種類在實驗室中是沒有的。而在使用了模擬仿真技術之后，就可以彌補原本實驗中的元器件匱乏的缺陷，這是因為在EWB中，存在著8000多個元器件，還有一些是在現(xiàn)實生活中沒有遇見的。這樣，實驗者就可以在這樣的環(huán)境中，去完成一些比較困難的電子電工實驗，確保實驗的順利完成。

3 電子電工實驗中模擬仿真技術的實踐應用過程

3.1 電路實驗數(shù)據(jù)的錄入工作

在電子電工實驗開始之前，首先需要對此進行相應的理論分析，根據(jù)事先所設計好的參數(shù)，利用仿真技術的基本性質(zhì)，來全面的分析電路的特點。然后將這些信息都打印出來，憑借著溝通與交流的方式在研究中尋找出一種最優(yōu)化的方式，確保各個元部件的參數(shù)都可以保持在一個比較正常的狀態(tài)下。其次，是利用模擬仿真技術對需要開展的實驗和電路進行理論性的分析，而在輸入元器件的時候，最好是提前就設計好前面的參數(shù)。再者，是利用仿真軟件來分析電路中的靜態(tài)特征和動態(tài)特征，分析完成之后，按照相關的要求來展開輸入和打印。

在電工電子實驗數(shù)據(jù)分析中，有一個非常獨特的點，就是錄入數(shù)據(jù)比較多，如電壓、電流值和各種儀表盤的使用數(shù)據(jù)等，這些都是需要考慮到人機交互的便捷性。例如，在比賽中經(jīng)常會用到的搶答器，它的工作原理則是在搶下開關之后，燈就會亮起來，搶答器的原理則是利用EWB軟件來查找窗口，并從中查找需要的窗口和元件。在這一系列的工作完成之后，就需要進行電路的連接，連接對于模擬仿真技術有著非常重要的作用。從最后的結(jié)論中就可以發(fā)現(xiàn)，在利用模擬仿真技術之后，大眾可以更為清楚的認知到這項技術的重要性，將其更為廣泛的應用到電子電工的實驗中。

3.2 電路信息同模擬信息的對比工作

將現(xiàn)實中一些電路的信息同模擬的信息相對比，然后從中找出一些不同點，找出差異的原因則是對其進行相應的調(diào)整和維修。而在整個過程中，都需要借助模擬仿真技術，例如在電力放大中，靜態(tài)工作點的選擇必須要體現(xiàn)出合理的效果，也須要能從中充分的詮釋出放大器的作用。如果設施不合理，就會導致程序上出現(xiàn)失真，而在理論知識的講解中，將這項技術應用到其中，讓相關人員能夠?qū)D像和公式有一個更為深入的了解與掌握。通過EWB演示，從中得到一個比較直觀的結(jié)果。

如果是在專業(yè)實驗的教學中，EWB技術能夠幫助學生更為準確的學習電力分析技術，快速的得到電路中任意一個節(jié)點上的信息。例如，在直流電路的分析中，從圖1中就可以看出，這是驗證基爾霍夫電壓定律的電路圖。打開EWB軟件，選擇新建文件，從EWB元件庫中取出如圖1中所需的各種元器件，搭接電路圖，并在電路圖上加上標注，如圖2所示。按下右上角的啟動開關，進行電路仿真，如圖3所示，由此驗證基爾霍夫電壓定律成立。而在實驗開展的過程中，首先是從實驗臺中取出所需元器件，其次是調(diào)節(jié)實驗臺輸出直流電壓E1為12 V。調(diào)節(jié)實驗臺輸出直流電壓E2為6 V。最后，把萬用表并聯(lián)到V1的位置，讀出數(shù)值，把萬用表并聯(lián)到V2的位置。實現(xiàn)成為之后得到的結(jié)果則是出回路電壓的和基本上為0。

圖1 驗證基爾霍夫電壓定律的電路圖

圖2 驗證基爾霍夫電流定律仿真圖

圖3 電路仿真

3.3 電力的性能和仿真分析

EWB可以對數(shù)字與混合電力進行性能與仿真分析，其分析的方式，主要是構建在元器件庫上的SPICE程序上。當使用者創(chuàng)建出一個線路圖之后，就可以按下電源的開關，然后在示波器上讀出電路中被測的數(shù)據(jù)。如果結(jié)果同預測的有所不同，就可以輸入一些數(shù)據(jù)進行重新比對檢驗，這樣就可以得到一個最為理想化的結(jié)果。實際上，整個過程都是該軟件通過計算機所創(chuàng)建的一個表達式，并從中求得一個數(shù)值解，在電路中的每一個元器件，實際上都沒有一個固定的數(shù)學模型，因此這些元器件模型的精度也決定了電路仿真最后的結(jié)果。

例如，在仿真移位寄存器的實驗中，設計一個以D觸發(fā)器所構成的4個移位寄存器，將數(shù)據(jù)從串行端進入到寄存器中。而在實際操作的過程中，則是取出4個觸發(fā)器，輸入點用開關來控制，各個觸發(fā)器上共用是cp，cp的輸入開關由空格鍵控制。再利用邏輯探測針進行監(jiān)視，將數(shù)據(jù)1011依次輸入進去，觀察出最后的結(jié)果。從實際的案例中就可以看出，仿真軟件可以更為直接的分析出電力圖的實驗結(jié)果，而在電路調(diào)試的時候也更加的方便與快捷。

3.4 在信息和實驗操作中的查詢服務

在應用了模擬仿真技術之后，極大地解決了電子電工試驗中的諸多問題，讓實驗人員帶著更多的興趣去參與到實踐中，高仿真和相似性的模擬場面也可以讓實驗者更為形象的觀察到整個實驗的全過程。例如，在專業(yè)教學中，教師通常會利用多媒體來開展相應的實驗教學工作，學生通過多媒體的畫面去感知，在感知完成之后，可以親身經(jīng)歷到整個實驗的過程中。這個過程也是對他們綜合能力的一種考驗，能夠培養(yǎng)實驗者的觀察能力與創(chuàng)造能力。

同時，在現(xiàn)實的運用中，就以前面設計的實驗參數(shù)為依據(jù)，對計算機輸入的結(jié)果與電力測量狀況進行比較。而在此基礎上，可以在虛擬實驗公共平臺上查詢到相關的信息和實驗操作等多項服務，然后利用軟件來開展更為準確的分析。實際應用的過程中，在虛擬的電子實驗室中，不僅可以對電路進行仿真，還可以分析出它們的性能。在設計分析方式的時候，可以充分借助物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，創(chuàng)建元器件庫模型，這樣實驗者在設計完成電路圖之后，再來接通電源，讀出電路中的各種參數(shù)，為之后的測試奠定一個堅實的基礎。

4 結(jié)語

模擬仿真技術是一種比較新型的技術，將其應用到電子電工的實驗中，可以更為充分地發(fā)揮出它潛在的優(yōu)勢與特征，減少實驗中的問題與阻礙。由于這項技術的應用還處于一個初始階段，在開始應用的過程中，不可避免的會出現(xiàn)一些問題。所以，相關人員在實踐的過程中，應該對其進行必要的完善與改進，以此來滿足當前社會的基本需求。