虚拟实验平台的辅助教学作用

第18卷增刊2008年7月
全国高等学校电子技术研究会论文集
V01．18s uppl．
J ul．2008虚拟实验平台的辅助教学作用
任斌
(辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院，辽宁抚顺113001)
摘要：M I l l t i si m作为电子实验仿真及开发的强大工具，在电子技术及相关课程的教学及实践中起到了重要作用。

M ul t i si m强大的仿真分析和处理能力，能优化电路分析，增强教学中学生对理论知识的理解，提高电路设计开发水平与分析电路的能力，是辅助教学的一种有效方法。

关键词：M l l l t i s i m；虚拟实验平台；仿真分析；辅助教学
中图分类号：T N0l文献标识码：A文章编号：1673—7938(2008)增刊一0043一03
O引言
电子技术是工科院校实践性很强的一门专业基础课，该课程的主要特点之一是它的实践性。

随着信息时代的到来，电子科技的飞速发展，新技术、新器件层出不穷，随之反映出来的就是原有电子技术教学内容的陈旧和教学方法的落后，不利于培养面向二十一世纪的、具有综合能力的新型人才。

电子技术基础课程的教学内容和教学方法的改革势在必行。

多年来，学院实验室建设始终作为课程基本建设的重点，实验教学改革始终作为课程内容改革的重点，通过坚持不懈地教学改革，取得了丰硕的成果。

但实验环境的改善、实验教学内容的改革仍与理论教学相脱节，不能及时解决学生课堂上遇到的问题。

针对这个问题，该课程在课程内容体系、教材建设、实验教学改革、现代化教学方法和手段、网络课堂的应用、教师教学水平等多方面，进一步整合课程内容，使之更加适应学时越来越少、内容越来越多的发展趋势。

调整实验课，使之更具研究性、综合性、复杂性和开放性，进一步增强学生的自主性，进一步建好实验课堂。

为了培养高素质、高质量、高应用能力和创新精神的人才，必须重视和加强实践的辅助教学作用。

1M uI t i si m的基本功能
M ul t i s i m的前身E w B是用于电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，与其相比，M ul t i si m的功能更加强大。

它不仅继承了E w B具有的界面直观、操作便、使用直观的虚拟仪表的优点，还将最新的安捷伦测试仪及泰克示波器等引入虚拟仪器中。

其控制面板、界面操作以及测量结果与实际的仪器完全相同，用户使用M ul t i si m如同在实验室进行操作一般。

它改变了有些电路仿真软件输入电路采用文本方式的不便之处，创建电路、选用元器件和测试仪器均可直接从屏幕图形中选取，可将不同类型的电路组合成混合电路进行仿真，适用于模拟／数字线路板的设计。

2利用M uI l i si m构建虚拟实验平台
M ul t i si m是构建电路并模拟运行的理想工具，有着无可比拟的易用和独特的强大功能，在电子工程设计、电子类课程教学中得到了广泛应用。

Ew B 作为辅助分析电路性能的一种工具，可以使学生更快、更好地掌握理论教学内容，弥补单纯理论教学的不足，还可进一步培养学生综合分析能力，创新能力。

作为虚拟的电子工作平台，M ul t i s i m提供了详细的电路分析手段，可完成电路的直流静态工作点分析、交流分析、瞬态分析、参数扫描分析、温度扫描分析、噪声分析、失真分析、射频分析及用户自定义分析，有助于分析电路性能。

该软件大大简化了实验操作，并可开发出在实验箱上无法完成的实验项目，在电子技术课程的教学中起到了较好的辅助作用。

在电子技术中，放大电路是非常重要的、极典型的电路。

单纯靠教师的讲解、课件、板书，无法清晰地讲解电路参数对静态工作点的影响，发射极反馈电阻对温度变化的抑制作用以及旁路电容参数对电路放大作用的影响等问题。

如能在课堂教学中，在多媒体教室安装虚拟实验平台M ul t i s i m软件，可结合虚拟平台进行讲解，提高学生的理解能力。

本文以单管分压式偏置共射放大电路为例，介绍M ul t i．si m在教学中的辅助作用。

2008年7月北华航天工业学院学报第18卷
2．1创建电路
在电子工作区域，把组成电路的器件拖放到工
作区域，按照要求修改器件参数。

在绘制电路图的
过程中，要注意连接点的使用，否则在测试电路时会
造成断路，影响后继电路的仿真分析。

绘制好的共
射电路如图1所示。

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12V 图1分压式共射偏置电路
2．2射极电阻对静态工作点稳定性的影响
利用M ul t i s i m提供的直流分析功能，选好节点进行分析，从参数值可知，放大电路的静态工作点较为合适，同时，分压式偏置电路具有稳定工作点的性能。

具体电路性能分析还得结合输出信号波形来进行。

通过理论分析可得，分压式共射电路中，在稳定静态工作点的过程中，发射极电阻起着重要作用。

当温度t十一I cQ十一V EQ十一V啦+一I B Q+一I。

o、}，当I。

变化时，通过发射极电阻上产生的电压变化来影响V肛，使I。

向相反方向变化，从而使I。

稳定，达到稳定静态工作点的目的。

发射极电阻在电路中起着引人直流负反馈的重要作用。

从理论上讲，发射极电阻阻值越大，负反馈作用越强，稳定静态工作点的效果越好。

但实际上，R e过大会使放大器的输入电阻增加。

同时，对于一定的集电极电流I。

，由于V。

的限制，R e过大会使晶体管的动态范围变小，甚至进入饱和区，电路将不能正常工作。

用M ul t i s i m对电路中R e大小对电路性能的影响进行分析，当温度在一10～50℃之间变化，R e= 2K Q时，集电极的电位偏移量在0．4伏左右；当R e =1K Q时，集电极的电位偏移量增加到0．8伏以上。

共射放大器的集电极电压一温度变化曲线如图2所示。

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图2Re=1№和Re=2№时的电压一温度曲线2．3射极旁路电容对输出波形的影响
在射极偏置电路中，C e作为旁路电容，起到隔直通交的作用，即可保证R e对电路的直流负反馈作用，同时又可减小电路的输入电阻，较少交流损耗，避免电压增益的降低，增加电压放大倍数。

但C e的取值也要适当，ce=33弘F时，输出波形良好。

输出信号与输入信号在相位上基本上是反相的关系。

根据输入输出信号波形以及示波器A、B通道Y轴显示的电压信号幅度即可计算电压放大倍数。

当C e=10肚F时，输出波形与输入信号的波形的相位差已明显偏离了反相关系，仿真分析得到的波形如图3所示。

图3C e=33旷和C e=10旷时输出信号波形
增刊任斌：虚拟实验平台的辅助教学作用2008年7月
2．4口值对电路的影响
通过理论分析，在单管共射放大电路中，电压放大倍数A v与电流放大系数B的关系不大。

我们用M ul t i s i m仿真分析，改变p值，比较两个电压的波形，在输入信号不变的情况下，输出电压的峰一峰值变化并不十分明显，即单管放大器的电压增益与电流放大系数的关系并不大。

原因是当电流放大系数增加时，电路的输入电阻阻值也相应增加，使电路的增益变化不大。

2．5交流分析
交流分析就是对电路的交流频率响应分析。

其幅频特性和相频特性如图4所示，频率分析在传统的实验中较难观测，可在课堂上通过虚拟平台演示。

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图4交流频率响应分析
通过理论结合虚拟实验平台的教学方式，课堂教学形象生动，可增强学生学习的兴趣，难懂的问题及时得到解决。

随着教育快速的发展，培养具有创新意识和合作精神的高素质人才，是培养人才的必然趋向。

为了培养高素质、高应用能力的创新型人才，教育部明确提出要不断改进实践教学内容，加强各种形式的实验室建设，不断更新课程内容，拓宽知识面，培养学生的综合能力和创新能力。

实践教学质量在很大程度上取决于实验室的建设水平，随着电路仿真技术的发展，为虚拟实验室的建设提供了可能。

基于M ul t i8i m的虚拟实验平台，构建一个让学生感觉身临其境的实验环境，不仅仅是在实验室，在课堂时也可对电路进行实验仿真，设计电路，选用元器件，根据测试结果修改元器件参数，进行实验结果仿真，取得较满意的实验效果。

基于M ul t i s i m可开发出电路、电子技术、电子线路等多项实验。

虚拟实验平台可弥补了理论教学与实验教学脱钩的不足，但并不能完全代替动手实践，只有两者有机结合才能使学生的理论知识和实践技能得到全面的提高。

3结语
用M ul t i8i m可实现各种电路的设计，可快速、准确地对电路性能进行仿真分析，提升了电路实验设计质量，节省了实验仪器设备，使实验内容更加完备。

通过仿真分析，使学生能更好地掌握电路地性能，扩大知识面，增强学习兴趣。

教学改革实践证明采用电路设计仿真软件进行仿真实验教学可有效地对理论教学起到辅助作用，利用电路仿真技术的先进教学手段进行教学，提高学生学习兴趣和课堂教学效果，是值得广大教师研究的又一新课题。

随着软件版本的不断改进，虚拟实验平台性能逐渐完善，必将在今后的教学、实践中得到越来越广泛的应用。

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