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1、EDA在电学实验教学中的应用The Application of EDA in Electronic Experiment and Teaching Qiu-WenyanHe-XiuliangLi-WenhuiZhou-JinqiuLiu-Yang (Basic Department,The Academy of Military Transportation PLA. Tianjin 300161) Abstract:Many problems occur in experiment teaching, such as the limited equipment and the closed
2、 teaching. The way to these problems is simulate software. The paper introduces the functions and characteristics of Multisim. Triode single stage enlargement electric circuit used for simulation test and analysis of circuit performance indices by altering components and devices parameters. The simu
3、lation results show that the application of Multisim in electronic circuit experiment can make the experiment direct and visualized, save experiment equipment and raise efficiency. Key Words:Multisim; electronic technology; simulated experiment 随着电子技术和计算机技术的飞速发展,电子电路的设计和分析方法发生了重大变革,出现了一批先进的电子设计自动化(E
4、lectronic Design Automation)软件,改变了传统的定量估算和电路实验为基础的设计方法,而是在计算机上虚拟出一个测试仪器先进、元器件品种齐全的电子工作台,这为高校电子技术实验课程的计算机仿真提供了平台。计算机仿真一方面克服了真实实验中元器件品种、规格和数量上的不足,避免了使用中仪器损坏等不利因素;另一方面打破了做实验时在时间和地点方面的限制,学员只要在个人计算机中安装仿真软件,便可以随时随地进行实验。同时,学员可以根据自己的设想任意修改元件参数,形象直观的观察实验结果,这样能更好的理解各种元器件在电路中所起的作用,又能提高学员的学习兴趣,从而更能进一步确立学员在教学过程中
5、的主体地位,实现以探索和研究为基础的教学过程中培养学员的研究能力与创新能力,使之更好的适应经济、科技和社会发展的需要。 1 Multisim功能简介及特点 Multisim原是加拿大公司在EWB基础上推出的电子电路仿真设计软件,集成了虚拟仪器的各项功能1,为学员提供了一个贯穿电子产品设计流程的全面的动手操作经验的平台。通过这个平台,学员能够很容易的在动手做原型的过程中把理论知识转换到实践经验中,从而对电路有更深入的认识与理解。其主要有以下特征: 1.1 友好直观的用户界面。选用元器件和测试仪器等均可以从屏幕上的元件库和仪器库中直接选取,将电路原理图的创建、电路的测试分析和结果的图表显示等全部集
6、成到同一电路窗口,整个操作界面就像一个电子试验工作台,与实际操作几乎相同。 1.2 强大的分析功能。Multisim提供了直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、参数扫描分析、傅里叶分析等十几种电路分析方法,可以帮助学员分析电路的性能,大大缩短分析时间2。此外,还可以对仿真电路中的元件设置各种故障,如开路、短路和不同程度的漏电等,从而观察到在不同故障情况下的电路工作状态。 1.3 丰富的虚拟仪器功能。Multisim与NI公司的虚拟仪器相集成,提供了20多种虚拟仪器,包括双踪示波器、万用表、函数发生器等。这些虚拟仪器无论是外观还是功能都与实物设备一样,学员可以极其方便的使用。同时,也可以无风险的利
7、用这些虚拟仪器来熟悉了解真实的仪器设备。 1.4 动态可视化效果好。对于测试仪器,其测量结果的显示与实际设备一致,能实时检测系统的运行。另外,它的数码管能够发光、熔断丝可以烧断、蜂鸣器能够发声、电阻器能够通过键盘随时改变阻值,形象的表征了电路的动态特性,体现了软件即仪器的本质特性。 2 Multisim实验教学应用实例 现以三极管单级放大电路仿真实验为例,介绍Multisim在电子线路中的应用。启动Multisim,打开一个空白的电路图文件,也可打开File/New创建一个新的空白原理图文件,通过上方的工具栏中的元器件库选择电路中所用到的元器件的型号,将不同的元器件按照图1所示创建三极管单级放
8、大电路。创建电路的过程就是摸索熟悉软件的过程,我们不可能把软件的功能一一介绍给学员,只是起到抛砖引玉的作用,引起学员的兴趣,鼓励引导学员掌握一种实用软件来分析电子电路问题的方法,并能以此为指导,解决其它问题。 Multisim有强大的分析功能。在用户基本界面中,单击菜单栏中的Simulate(仿真菜单),选择Analyses(仿真分析法)命令下的DCOperatingPoint命令项,选中需要仿真的变量后,单击Simulate按钮,仿真结果会自动弹出,如图2所示。 Multisim的虚拟仪器功能强大。在用户基本界面右侧的仪表工具栏中,选择实验所需的万用表和双踪示波器,单击“仿真”按钮,双击示波
9、器的图标,就会在示波器的显示屏上显示输入、输出信号波形。若显示波形不清晰,可分别调整扫描时间因数选择开关、A/B通道的垂直移位和幅值刻度,便可调节出清晰可辨的波形。波形如图3所示。此图为截止失真时的波形,调节可变电阻RP,可观察到无失真和饱和失真的情况。接入万用表,结合示波器显示的波形,可测出放大状态下的输入、输出电压,便可计算出电压增益。同时,也可鼓励学员自行测量输入、输出电阻,观察幅频特性等等。 由以上三极管单级放大电路仿真实例可以看出,应用Multisim可以方便快捷的搭建各种电路,并能准确迅速的对电路性能进行仿真分析,提高了实验效率。 3 结束语 随着科技、教育的发展,改变传统的教学模式,将大大提高教学的效果。根据电子技术课程的特点,要求学员掌握先进的技术和手段是必须的。仿真实验既是一种实验手段,也是一种实验方法和实验过程。它在教学中可以突破实验条件的限制,减少器材消耗,节省实验费用。但是仿真是在理想情况下进行的,实际的温度、电压等因素的变化会对实验造成一定的影响3,而这些影响是绝不可以忽略的,所以我们不能否定、排斥传统的实验教学,而是将传统实验和现代实验有机的结合起来,扬长避短,充分发挥各自的优点。