虛擬仿真電子技術大全11篇

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中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

電子技術行業的各類設備產品必須具備良好的設計方案才能夠保障其工作狀態的理想。電子行業具有產品更新快研發周期短的特點。為了滿足不斷發展的市場需求，加快產品結構的升級，在核心技術領域取得重大突破，電子行業必須采用新的研究方法和技術。虛擬仿真研究是目前電子行業所廣泛采用的一種新的方法和技術。本文即以直流穩壓電源以及數控機床為切入點，對虛擬仿真技術在上述兩個領域中的應用要點及價值進行分析與探討。

1 虛擬仿真技術概述

虛擬仿真技術即虛擬現實技術，也可稱之為模擬技術，技術核心是用一個完全虛擬的系統對另一個真實存在的系統進行模擬。此項技術涉及到多個學科，是計算機圖形、人機交互、傳感技術、以及人工智能等多個學科的交叉綜合領域。虛擬仿真技術主要包括三個方面的含義：第一是借助于計算機所生成環境具有虛擬性的特點；第二是人對這種虛擬環境的感知是高度逼真的；第三則是人可以通過自然的方法與虛擬系統實現交互，系統可響應人的動作并作出合理的反應。

當前虛擬仿真技術被廣泛應用于包括汽車制造、道路橋梁、油田礦井、教育教學、電子技術、以及水利電力等在內的多個行業中，體現出了包括交互性、沉浸性、虛幻性、以及逼真性這四個方面的特點。對于電子技術行業而言，虛擬仿真技術的最主要優勢是可對產品設計或優化方案在實踐前通過高度仿真的模擬環境進行分析，以驗證方案的可靠性以及有效性，兼顧實現了提高效率，縮短周期，以及控制費用等方面的性能優勢，有推廣價值。

2 虛擬仿真技術在直流穩壓電源中的應用

直流穩壓電源的組成部分包括電源變壓器、濾波電路、整流電路、以及穩壓電路四個部分。電網供給的交流電壓在經過電源變壓器降壓處理后得到與電路需求相對應的交流電壓，然后經由整流電路變化為方向恒定、大小伴隨時間變化而變化的單線脈動電壓，并經過濾波電路進行濾過（濾過交流分量），通過此環節處理后得到相對平滑的脈動電壓。最后經過穩壓電路處理，以確保電網電壓以及負載水平在發生改變時電壓維持在穩定狀態下。為更加清晰的了解整個電路的工作原理與運行情況，可以借助于虛擬仿真軟件，在軟件模擬環境下通過設置開關或調整電路結構的方式觀察示波器所呈現出的波形變化。本研究中引入Multisim10虛擬仿真軟件，該軟件借助于圖形方式創建電路，具有界面直觀、操作簡便、調用方便等優勢。本軟件提供有包括交流、直流等在內的17種分析方法，虛擬仿真能力強大。

整流電路仿真分析下全波整流與半波整流波形圖如下圖1所示。結合圖1：4個二極管所構成橋式全波整流電路，其核心作用是將正弦變化的電壓演變為脈動電壓。通過設置開關J1為開啟狀態的方式，對整流器在二極管損壞狀態下所產生的開路情況進行模擬。則全波整流轉換為半波整流，半波整流下所對應輸出電壓為0.45*全波整流電壓。

通過對直流穩壓電源系統中J2開關進行接通或斷開的方式能夠對比波形觀察得到：在電容接入電路內后，輸出電壓平滑程度明顯提高，波紋得到有效控制，同時輸出電壓平均值也有一定的增加。其依據是：在電容接入電路內后，電容可有效存儲電荷，同時對高頻分量而言容抗腳下，從而電流中的交流成分可通過電容C1而被旁路。在電容維持恒定的狀態下，可通過調整負載電阻運行仿真的方式，使示波器分別顯示濾波器輸出波形，仿真結果如下圖2所示。結合圖2來看，電容放電時間常數為RC。在C為恒定狀態下時，R取值越高則意味著放電速度越緩慢，輸出波形更加平滑，輸出電壓值更小；在R為定值狀態下時，電容器容量越大則意味著放電越慢，所對應輸出波紋越小，輸出電壓值更大。

除此以外，通過對虛擬仿真軟件的合理應用，還能夠對直流穩壓電路的改進設計效果進行仿真驗證，以確保改進方案的實施效果理想。以某直流穩壓電路對集成電路以及自保電路的改進方案而言，為驗證該方案的可靠性，借助于Multisim10虛擬仿真軟件進行實驗。操作方法為：在Multisim10虛擬仿真軟件按照改進方案構建直流穩壓電壓仿真點圖，以供電電壓220V（±10%）為標準進行虛擬仿真。借助于4綜虛擬示波器對各點波形進行觀察并讀值，虛擬仿真實驗結果如下圖3所示。結合圖2可見：經過改進后，直流穩壓電路波形脈動被控制在較小范圍內，電壓輸出穩定程度高，可保持在12.036V左右，經計算穩壓系數為0.015（符合

3 虛擬仿真技術在數控機床中的應用

數控加工是現代模具CAD/CAM加工體系中不可或缺的重要內容之一。以五軸數控加工技術為例，所對應的模具工件性狀復雜，對表面質量要求高，因此對銑削加工提出了非常嚴格的要求。五軸加工在完成最后一次裝夾后，可以從多個面加工工件，其優勢在于節約了大量的裝夾時間以及輔助測量裝置，且加工位置精度更高。在數控機床設計及性能驗證中通過對虛擬仿真技術的合理應用，一方面能夠使數控機床充分且合理的應用于對模具以及機械產品的加工中，另一方面能夠為正確且充分的應用數控機床，完成更多模具以及機械產品加工提供保障。以某單葉片曲面零件數控加工實例為例，采用五軸加工方案，引入五軸五聯動編程開發技術，同時對后置技術進行了編程制定。為進一步驗證數控機床五軸五聯動方案的編程程序正確性以及后置處理結果的可靠性，借助于虛擬仿真技術，在仿真軟件所提供虛擬環境下參照數控機床實際配置構建實驗模型。虛擬仿真結果顯示：所模擬機床在對零件進行加工的全過程中刀具路徑未發生偏差，加工零件性狀基本與設計要求相符合。

4 結語

本研究中針對虛擬仿真技術在電子技術行業中的應用問題進行分析及探究，通過上述分析不難發現：在電子技術行業中積極應用虛擬仿真技術能夠有效解決以往設計方案直接應用于實踐中存在的浪費或失誤問題，避免了不必要的事故產生，可以有效提高電子技術產品及相關設備的使用壽命與性能，對促進電子技術行業的發展也有重要價值。

參考文獻

[1] 陳軍，周曉平，郝江濤 等.基于MatLab & Simulink的電工電子技術仿真實驗平臺[J].中國現代教育裝備，2015（3）：57-60.

[2] 趙麗梅.Electronics workbench在電子技術仿真實驗中的運用[J].中國遠程教育（綜合版），2001（12）：58-59.

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情景教學法是適合中職院校學生的一種教學方式，提升學生的學習興趣，使學生可以更快的融入到課堂教學中，情景的設計可以和實際情況相結合。虛擬仿真技術就是實現可以在課堂上給學生模擬真實環境的平臺，培養學生的實際操作能力，改變目前只能進行理論教學的現狀。

電子技術教學中更多是進行電路的教學，虛擬仿真技術可以有效的將真實的電路工作情況給學生呈現出來，讓學生可以親自觀察所有復雜的電路情況。使教學不再局限于苦思冥想的抽象理論教學中，而是能夠更直觀、更明了在虛擬平臺上給學生展現出來，讓學生直白的理解理論知識。例如利用flash動畫將PN結的多子的擴散和少子的漂移直觀的表現出來，以利于學生對PN結概念、形成過程以及導通條件的理解。

再如將電子技術教學中放大電路的電阻、電容、晶體管、電源通過虛擬技術multisim模擬出來，再采用multisim里模擬測量工具直觀的測出電壓、電流的關系，從而更好地理解晶體管的放大、飽和、截止，以及放大電路三種組態。有了直觀的呈現，學生就會產生學習積極性，學習積極性得到提高就解決了學習的根本問題。

2虛擬仿真技術能架起理論與實踐相結合的橋梁

課堂上學生的參與度直接影響著課堂氣氛，虛擬仿真技術可以讓學生有身臨其境的感覺，讓學生更主動的參與課堂教學，對知識的掌握更加牢固。中職院校進行電子技術教學時的重點就是電路教學，可以利用虛擬技術將實際的電路操作臺在課堂上模擬出來，讓學生可以真正的動手將電路中出現的各種問題進行解決，從實際操作中掌握知識點、理解理論知識，將理論教學和實踐教學相結合，使學生畢業后更容易接手實際工作，達到出校園就有能力進入社會的培養目標。

3虛擬仿真技術中穿插小組探討式教學，更有利于學生創造力的培養

探討式教學可以培養學生的思考能力和自主學習的能力，電子技術教學僅僅依靠教師是不夠的，更多的是需要學生自己進行探索，將教師講授的知識自己實踐、驗證之后才能更好的掌握，虛擬仿真技術在課堂上的應用就是給學生提供一個自主學習、合作學習探討的平臺。

電子技術教學中對電路的分辨是所有教學的基礎，對于電路的理解和學習，可以讓學生以小組的形式利用仿真虛擬技術系統來進行自主學習，找到各種電路圖之間的區別，加深學生的記憶，從而更好的掌握對電路圖的分辨能力。例如同一個電路各組件可以有不同的取值，讓學生一小組討論各取值之間的理論情況，通過Multisim等仿真技術加以驗證。

再例如讓學生通過學習整流電路理論的學習，各自設計整流電路，最后在Multisim實現出來，以小組的形式討論誰的設計更成功，成功了，成功在哪？失敗了，錯在什么地方。通過小組的探討，與其他同學設計結果的對比，學生能找到自己的問題所在，從而更好地培養學生的創造力。

而且虛擬仿真不需要耗材，在虛擬仿真軟件上面可以隨意設置原件參數，也不會把設備燒壞，這樣更有利于學生大膽的嘗試和創新。

4應用虛擬仿真技術存在一定的挑戰

目前虛擬仿真技術并沒有在所有院校的電子技術教學中得到應用，主要原因就是沒有專門的教師對這項技術進行學習，還無法完全掌握這門技術以便應用到實際教學中，因此，想要更好的應用虛擬仿真技術，首要條件就是要在學校內組建一支教師隊伍專門進行該技術的研究學習，熟練掌握是基礎，還要有能力對其他教師進行指導，使虛擬仿真技術在電子技術教學中得到普及。進行電子技術教學的教師更應該積極主動的進行學習，使課堂教學的氣氛更加輕松愉快，學生的學習效果得到提升。

5虛擬的模擬操作應該與實際操作結合起來進行教學

虛擬仿真技術雖然可以在課堂上讓學生體會實際操作的感覺，但是卻不可以完全代替實際操作，因為模擬操作系統是人工設置的，很多實際操作中會出現的情況在虛擬系統中并不能夠完全體現，所以仿真虛擬系統的應用在電子技術教學中只是起到了輔助作用，實際的操作練習也是很重要的，絕不可以將實際操作的重要性忽略掉，而是應該將兩者的優點結合起來，進行綜合教學，有效的提高學生的電子技術操作水平。

6結束語

我國科技的進步發展在中職教學中得到了充分的體現，尤其在電子技術的教學上更是有著很大的意義，虛擬仿真技術在中職的電子技術教學中得到應用是提升學生實際操作能力的途徑之一，使學生未來適應工作的能力得到加強，讓學生走出校園就可以得到企業單位的認可，增加學生的就業概率，使學生在競爭力極強的社會上更容易站穩腳跟，獲得更大的發展機會。

參考文獻：

[1]陳閩蜀.虛擬仿真技術在中職電子技術教學中的應用分析[J].蘭州教育學院學報，2015（03）：111-112.

[2]徐冬冬.中職電子技術教學中虛擬仿真技術的運用[J].大東方，2016（04）：195.

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Keywords virtual simulation experiment； electronic technology； teaching reform； application

相對于傳統的電子線路實驗，虛擬仿真實驗的演示結果與理論值之間的誤差更小，參數修改更方便，且電路構造靈活，擴展性非常強，故目前高校電子技術教學改革中不約而同地引入了虛擬仿真技術，本文將針對虛擬仿真實驗在高校電子技術教學中的應用進行分析與探討，從而增強虛擬仿真實驗在電子技術教學中的應用效果，提高高校電子技術教學的教學質量及滿足培養電子技術專業的人才的需要。[1]

1 虛擬仿真技術的優點及應用現狀

電子技術是一門實踐性非常強的學科，而在課堂上，由于在實驗箱上進行實驗繁瑣且實驗數據誤差大，教師無法在課堂上演示所有實驗。現在一般學校采用的方法是老師講授完相關理論知識后再由學生在實驗室驗證，這樣容易面造成了理論和實際的分離；另外電子技術高速發展，新電路、新器件不斷涌現，而實驗室受條件限制無法及時滿足各種電路的設計和調試要求，實踐環節的缺失影響了學生的學習興趣與學習效果。

為解決此問題，一味地依靠教師的理論教學是不夠的，只有課堂教學與實驗結合，才能夠從根本上解決。虛擬仿真技術是把Multisim仿真軟件運用在PC平臺上，作為圖形操作的界面，與相似的現實中電子實驗工作臺連接，工作臺能夠完成與現實一樣的實驗操作。[2]由于虛擬仿真技術在電子技術中的應用范圍主要是電子電路分析、設計及仿真方面，所以普遍采用的是一種EDA軟件，因為其實踐效果強，環境模擬逼真，教師對這類軟件的操作也比較便利，學生在實驗課中也能夠靈活地對實驗參數、電路改造等進行模擬，能夠滿足學生的實踐操作欲望，對其動手能力進行有效鍛煉。

2 Multisim軟件的介紹

Multisim軟件是目前高校引進虛擬仿真實驗的重要工具，實質上Multisim軟件是在windows系統環境下開發出的電路仿真軟件，能進行電路瞬態分析、穩態分析、時域和頻域分析、噪聲分析、直流分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析、電路容差分析等，且可以完成故障模擬及數據儲存等要求，其功能十分完善。Multisim軟件優點：能為用戶提供直觀的操作界面，便于原理圖的設計輸入，能夠幫助學生進行元件放置及連接、任意拖動引線和進行微調，有利于教師對學生的實踐能力評價；元件的劃分系列有序，便于學生在數量眾多、型號豐富、器件模型繁瑣等情況下，快速尋找到所需的元件，節省了實驗時間，便于實驗的高效進行；豐富了電子設備種類，由于學校對電子實驗室的投入限制，電子實驗室能夠提供的實際設備是有限的，故而很多實驗都要因實際原因進行調整，但Multisim軟件能夠提供與實際功能相同的函數發生器、波特圖儀字信號、頻率計發生器、示波器、邏輯分析儀、頻譜分析儀、失真度儀、網絡分析儀等18種虛擬儀器，以及與實?H完全相同的示波器、數字萬用表、信號發生器，既節省了實驗室投入成本又便于學生的實踐操作； Multisim軟件的仿真電路的準確性非常高，比如對比傳統的SPICE模型的高頻仿真實驗， Multisim軟件采用了高頻電路仿真元件模型庫及儀表搭建高頻電路所進行的高頻電路仿真實驗，其數據的準確性遠遠高于SPICE模型，加之Multisim軟件能夠從計算機上直接進行實驗數據曲線、電路原理圖、元件庫清單等打印，縮短了實驗的時間，能夠讓學生更為直觀地了解到自身實驗操作的情況。

3 虛擬仿真實驗在電子技術教學中的應用研究

基于虛擬仿真技術的各類優點，高校的教學情況及學生的學習狀況等實際情況，虛擬仿真實驗在電子技術教學改革中的應用可以從教學模式及學習組織形態這兩方面進行，能夠更好地加強其應用效果。

3.1 情景式教學

從學習共同體的構建及學生認知特點這兩個角度來看，目前電子技術教學所缺乏的是情景式的教學氛圍。情景式的教學能夠使得學生更快地融入到學習狀態、工作環境中，虛擬教學能夠較好地營造情景式教學氛圍，使得學生在逼真的教學環境中，進行實驗操作。學習情景與真實世界的結合，能夠提升學生的學習效果 。[3]其具體的應用方式是，在電子技術課堂教學中，使用虛擬仿真技術創設出一個虛擬的真實環境，將實驗室操作臺，圖形等難以表達的事物虛擬變化呈現出來，例如在電路實驗中，通過電路仿真模擬呈現出現實的電路工作狀態，將電路輸出結果轉化為一個變化的動態過程，使得學生可以直觀地觀察整個變化過程。教師通過合理的引導將復雜難懂的理論知識形象化，如此學生既能夠得到學習的滿足感又能更加深入地投入到學習中，教師通過虛擬仿真技術的應用也能夠將難解的理論知識通過圖形展示、實踐操作，逐步展示給學生，解決學生知識難消化的難題。

3.2 探究式小組學習

新時代背景下教師不僅要注重學生的理論知識教學，還要對鍛煉學生的實踐能力，探究式的小組學習，能有效地提升學生的創新實踐能力。單個學生對于問題的思考總是有局限性，而多個學生組成學習小組，共同探究問題的解決方法，能夠有效地進行創新思維培養，尤其是在電子技術課程中，大部分的知識都需要學生通過實踐來驗證。例如在模擬電子線路教學中有“三種基本的放大電路分析”的教學內容，教師可以把學生分成三個小組，分別仿真出三種放大電路的輸出波形，教師引導學生根據仿真出來的結果對三種組態電路特點進行比較，總結每種電路的優缺點，然后教師提出問題：怎樣利用三種基本放大電路構成多級放大電路來改善電路的性能？這樣通過對問題探討的層層深入及師生及學生之間的互動，能夠讓學生對所學知識的理解更加深刻。

3.3 虛擬仿真實驗在電子技術教學中的應用舉例

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中圖分類號：TP391.9；G712文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2020）07-0183-04

ApplicationofVirtualSimulationSoftwareintheTeaching

ofElectronicTechnologyinUniversities

CAOHaiyan1，ZHANGDawei2

（1.SchoolofCommunicationTechnology，CommunicationUniversityofChina，NanguangCollege，Nanjing211172，China；

2.AcademicDepartmentofCommunicationUniversityofChina，NanguangCollege，Nanjing211172，China）

Abstract：Conformtothetransformationanddevelopmentofthemainelementsofteaching，teachingresourcesandteachingmediainthe“internetplus”era，mostteachersareexploringonlineandofflinehybridteachingmethodsthatmeettheneedsoftheirownuniversities.Inviewofthecurrentteachingsituationandproblemsofelectronictechnologycoursesinourschool，thispaperpresentsamethodologytoapplyMultisimvirtualsimulationsoftwareintoexperimentalteaching.TheapplicationandadvantagesofMultisimvirtualsimulationsoftwareinpracticalteachingareillustratedbyspecificexamples.Itisappliedinthenetworkteachingprocessof“nostopteaching，nostoplearning”，Italsoprovidesakindofteachingthoughtandmethodforthefollowingteachingreform.

Keywords：Multisim；virtualsimulation；electronictechnology；experimentalteaching

0引言

我校現有電子信息類廣播電視工程、通信工程、電子信息工程專業和計算機類計算機科學與技術、數字媒體技術、智能科學與技術共計6個專業，電子技術課程是上述專業的重要專業基礎課。是學生硬件類課程的基礎，為學生后續專業課學習、畢業設計、創新創業大賽、各類計算機設計競賽以及從事硬件類工作、科研提供了重要的保障。長期以來，課程的主要任務就是掌握電子電路的基本原理，強調電路的分析方法與設計研究，尤其是注重學生掌握電子電路器件的外部特性與實際應用能力的培養。因此，如何緊跟電子技術的發展，搞好課程教育和教學改革，提高教學質量，是高校教師一直研究的內容文章文結合學校的實際，提出在電子電路課程的教學中引入虛擬仿真軟件，輔助理論教學、補充實驗設備不足，進一步引導學生應用到課程設計、畢業設計和電子設計競賽，提高人才培養的質量。

1虛擬仿真軟件在電子技術教學中的可行及必要性

在電子技術課程的教學中，由于該課程工程實踐性強，需要理論教學與實驗教學相結合，培養學生的動手能力和科技創新能力。教師既需要在課堂上進行一些簡單必要的演示實驗來引導學生掌握理論知識點，也需要讓學生課后實際動手實驗實踐。因此，在工科教學過程中實驗環境或不可缺。傳統的課程教學采取課程實驗定制電子技術實驗箱，并需要配備相應的信號源和測量儀器等多個儀器。但是定制實驗箱的電路元器件參數被限定了，更換不同參數的元器件不方便，對于一些擴展實驗，綜合設計類實驗實訓存在一定的局限性；并且由于我校為傳媒類院校，對工科專業實驗室的投入資金有限，不可能購買所有能用到的實驗箱和儀器儀表；而且學生在實驗過程中不能夠完全掌握元器件在電路中的作用，在實驗驗證過程中會發生元件參數錯誤、電路連線錯誤、儀器儀表使用錯誤等，導致儀器儀表損壞；由于不可避免的情況，無法正常線下授課學習，只能網絡學習的情況下，師生均采購實驗設備是不切實際的事情。綜合上面幾點考慮，如果能有一種虛擬仿真軟件，有豐富的元器件庫和儀表資源、能夠方便修改元器件參數進行電路分析等相關功能的軟件，可以針對性地解決上述問題。而Multisim軟件能夠滿足以上實驗教學和實驗設計需求。

2Multisim軟件主要功能和優點

Multisim是美國國家儀器（NI）公司推出的電子電路仿真軟件，它用軟件的方法虛擬電子元器件以及各類電子電工儀表，通過軟件將元器件和儀器融為一體，能滿足中小規模的模擬、數字邏輯以及混合電路的仿真需要，軟件的主要特點如下。

2.1圖形界面直觀易用

該軟件的操作界面延續了EWB軟件的實驗工作臺的特點，可以像在紙上繪制電路圖一樣，利用鼠標直接拖拽電路元件和測試儀器放置在界面上，并可以直接用鼠標劃線構成導線連接元件。

2.2豐富的元器件和測試儀器

該軟件元件和儀表資源非常齊全，提供了當前國際主流元件商提供的一萬多種元件，并且可以通過設置修改元件的基本參數，甚至可以在設計過程中創建自己需要的新的元器件。測試儀器庫的測試儀器也很齊全，涵蓋目前市面常用的測量儀器，并且面板設置跟真實儀器非常相似，使用方法一樣。

2.3強大的仿真和電路分析功能

該軟件具有較強的電路仿真和分析功能，可以提供電路的瞬態分析和穩態分析、時域和頻域分析、線性和非線性分析等多種電路分析方法；還可以設計、測試和演示各類電子電路，包括電路基礎、模擬電子電路、數字電子電路、高頻電子電路及部分微機接口電路等。

基于該軟件的上述特點，在高校電子技術基礎課程教學中，可以利用仿真軟件檢測設計電路的正確與否，及時排查錯誤。相對于利用實際硬件驗證，提高了效率，節省了時間，避免了實際原材料的消耗和浪費，節約成本。并且在仿真的過程中，可以快速修改參數，及時觀察出電路的輸出情況，理解不同元件、不同參數對整個電路的影響，加深對實驗實訓內容的理解，掌握理論知識。[2]

3Multisim在電子技術教學中的應用

基于Multisim軟件在電子技術課程中采用虛擬仿真教學法，不僅可以及時將抽象的概念形象化，還可以將一些學習方法等以動態方式體現出來，降低了學生學習理解的難度，拉近了課程教學目標與市場需求的距離；還可以根據需要隨意控制，使實驗結果反復重現，大大提高了課堂教學效率，也可以由學生自己動手得到實驗結果，提高了學生的工程應用能力，使學生的學習興趣得到了有效激發和提高。

3.1基于Multisim軟件的實驗方法

學生在電子技術的學習和實驗過程中，利用Multisim仿真軟件來驗證和設計實驗實訓，需要遵循如下的步驟，如圖1所示。

首先分析實驗目的和實驗任務需求，根據電路功能確定實驗方案并選合適的元件，設計電路原理圖。然后在Multisim仿真軟件中搭建好電路模型，設置好元件參數并仿真。如果仿真結果不正確，則需要分析錯誤結果，找出電路設計的問題，修改設計電路圖重新仿真完善。如果結果正確，則可以記錄實驗結果、分析數據、整理實驗報告冊。同時還可以通過修改電路中元件的參數，來分析總結參數的變化對電路的影響。

3.2Multisim軟件在電子技術教學中的應用實例

負反饋放大電路是模擬電子技術中比較典型的基礎驗證性實驗，在實驗室中，需要進行基本放大電路和負反饋放大電路兩種電路的連接和改接。學生在連線和儀器使用方面還比較生疏，很難在有限的實驗時間熟練達到實驗并驗證的目的。可先用Multisim仿真該實驗，能夠使學生更好地理解實驗內容，有條件的情況下再進行實驗箱實物操作連接驗證。既保護了實驗儀器，也提高了學生電路設計的能力，也在特殊情況下解決了沒有實驗設備的缺點。

本例中建立的負反饋放大電路是一個帶有電壓串聯負反饋的兩極阻容耦合放大電路，如圖2所示。

將圖2電路圖改接，將Rf斷開后分別并在Rf1和RL上，其他連接不動，構成不含負反饋的基本放大電路，如圖3所示。

3.2.1放大電路輸出失真的觀察

將上述電路圖的輸入信號的幅度提高10倍，使負反饋放大電路Ui=100mV，基本放大電路Ui=10mV。用示波器觀察輸出波形，如圖4、圖5所示。由輸出波形圖可以看出，如果輸入信號的幅度設置過大，超出了放大器的放大區，輸出波形將產生失真。圖5的基本放大電路產生了飽和（削底）失真，圖4的負反饋放大電路頂部和底部都產生了失真。

3.2.2放大電路動態參數的測量

調整輸入信號幅度，在保證示波器監視下的輸出波形Uo不失真的情況下，分別測量上述兩幅圖的中頻電壓放大倍數AV、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。

計算公式為AV=Uo/Ui；Ri=R1*Ui/（Us-Ui）；Ro=（Uo/UL-1）RL，其中R1=5.1kΩ，RL=2.4kΩ。測量及計算后的數據如表1所示。

根據表1的計算數據分析，可以驗證到：

（1）與無任何反饋的基本放大電路相比較，此帶有電壓串聯負反饋的兩極阻容耦合放大電路的動態性能的變化：極大地提高了輸入電阻，降低了輸出電阻，降低了放大倍數。

（2）將輸入信號幅度控制在一定的范圍內，放大后的輸出波形均保持為不失真的狀態，如圖6、圖7所示。

在實驗的過程中，還可以讓學生利用直流電壓表測量三極管三個極的靜態電壓參數；試著改變一些元器件的參數，看看輸出和靜態工作點有什么變化；分別增大兩個電路信號源的輸出幅度至產生輸出失真，觀察反饋對非線性失真的改善情況等等。而這些在沒有電路箱的時候也很容易實現，甚至操作上比有電路箱更方便實現。學生親自動手畫圖，改動電路，親眼看到示波器值的變化，然后啟發他們用理論知識去解釋所發生的現象，就能引起他們對理論學習的興趣，激發動手實驗的樂趣，提高分析問題、解決問題的能力，增加自行設計電路的信心。[3]

4結論

總而言之，在高校電子技術類課程的教學過程中，可以充分利用虛擬仿真Multisim軟件到理論和實驗的教學中去。Multisim軟件界面清晰，使用簡單，元器件和儀器等電子資源豐富，且可以定期更新下載較新的元器件庫和儀器儀表。在線上、線下的理論、實驗教學過程中均可以進行使用，并可以先進行預先仿真設計和分析，排查問題后再結合硬件實際操作，加深學生對知識的理解。

參考文獻： 

[1] 俞志英.Multisim仿真軟件在模擬電子技術實驗教學中的應用 [J].信息技術與信息化，2019（4）：113-114+117. 

[2] 豆玉杰，張霞.Ewb在電子電路教學中的作用 [J].農業網絡信息，2007（2）：109-110. 

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一、引言

模擬電子技術是高等職業院校電類相關專業的一門應用性較強的專業基礎課，該課程主要是培養學生在模電方面的基本應用能力，培養其解決、分析與模擬電子技術相關的問題的能力。在以往的教學模式中，理論與實踐脫節現象嚴重，知識點抽象不夠直觀，學生難以理解吸收，打擊了學生學習電子技術的學習積極性。隨著計算機仿真技術的發展，在課堂和實踐教學中充分利用計算機仿真平臺將模擬電子技術中枯燥抽象的理論分析以仿真動畫、波形、指示燈等形式直觀、生動的表現出來，使模擬電子技術課程的教學內容更加易于吸收。課堂教學不僅僅停留在理論分析，而是與實踐緊密結合在一起，豐富了教學內容，幫助學生更好的掌握所學的知識點，激發學生的學習興趣和自主學習積極性，提高了教學效果。

二、Multisim簡介

Multisim是美國NI（National Instruments）公司開發的仿真軟件，經過多次更新換代，現在已經在使用Multisim11版本。此軟件主要是在PC平臺上構成一個利用圖形操作界面對一個與實際情況非常類似的電路實驗進行虛擬仿真的工作臺，它幾乎能夠仿真在實驗室內所進行的大部份的電子電路實驗，因此在電子電路分析、設計、仿真等項工作中已被廣泛地應用，是目前世界上最受歡迎的EDA軟件之一，已被廣泛應用于國內外的教育界和電子技術界。

三、Multisim在差分放大電路教學中的應用

（一）過程分析

差分放大電路又名差動放大電路，是集成運算放大器中重要的基本單元電路，廣泛地應用于多級直接耦合放大電路的輸入級，主要用于擬制“溫漂”等“零點漂移”現象，這是差分放大電路的突出優點，而往常的教學中該知識點總是較為抽象且難以理解。而利用“Multisim 仿真手段”，讓學生通過溫度掃瞄儀和示波器等仿真儀器對比觀察共發射級放大電路、差分放大電路仿真測量和溫度掃描仿真分析的結果，可簡單、形象地檢測放大電路的“溫漂”（“零點漂移”）特性。通過調節各元件的參數或調整電路結構，觀測即時變化的波形和圖表，學生可以輕松對比出傳統共射放大實驗電路和帶恒流源的差分放大電路的在不同溫度情況下的性能指標。

（二）模型搭建及電路仿真

1. 傳統共射放大實驗電路的溫度掃描分析

在Multisim11仿真平臺中，搭建如圖1（a）所示共射放大實驗電路。單擊Multisim11 “仿真分析菜單”中的“溫度掃描分析”按鈕。在彈出的窗口設置欄中將相關參數設置好，如圖1（b）所示。單擊“仿真”按鈕開始仿真，得到如圖1（c）所示共發射級放大電路的溫掃分析特性曲線圖及相關參數值。

通過觀測圖1（c）的曲線圖及所得數值表，可以看出：首先圖1（a）所示實驗電路的輸出電壓負溫度系數變化現象明顯；然后當測試溫度從初始值最終上升到110°C時，此時產生的輸出電壓最大偏差是DVo=（636.1505-567.4128）mV=68.7377mV，變化了大約10.78%。

2.對改進后的差動放大電路進行溫度掃描分析

為了增加以上兩種電路的對比性，采用了相同的三極管組成的并按單端輸出、單端輸入接法的有恒流源（輸出交流電阻相當于發射極電阻Re）的差分放大實驗電路，且信號源、負載等電路參數都相同，如圖2（a）所示。在Multisim11仿真平臺中新建文件，按圖2（a）所示在平臺中構建好新的線路，同時對示波器參數調整，最后開啟仿真按鈕，得到新的測量波形圖，如圖2（b）所示。通過理論教學可得，在差分放大電路、特別是單端輸出接法的差分放大電路中，可以通過增大發射極電阻Re的阻值，來達到有效抑制任一邊電路的溫漂，并使得共模抑制比提高。

所以這種以工作在放大內的三極管所組成的恒流源來代替差分電路中的射極電阻Re和集電極電阻Rc的手段在各類集成運放電路中被廣泛運用。既使得射極電阻Re的增大了阻值，使集成電路中難以得到大電阻及高電壓的問題得到克服，又能夠將KCMR（共模抑制比）增加了1~2個級別。

再次進行溫度分析掃描。在彈出的窗口對話欄中設置線性的掃描方式；將掃描點數設為兩點；設置好分析的起點溫度26°C；以及終點溫度110°C；調整好瞬態分析類型；然后調節起始點時間值為0Sec，終點時間值改為0.001Sec，也就是信號周期；接著在“輸出”項目中將待分析的輸出節點設置為節點V；單擊仿真開始按鈕，隨即得到如圖3所示此改進電路的溫度分析掃描特性曲線圖及所得參數值。從圖3所示的溫度分析掃描特性曲線圖及參數列表中可以觀測到，當溫度從起點26°C上升到終點110°C時，圖2（a）所示帶恒流源的差分放大電路節點V[6]產生的輸出電壓最大偏差為：DVo=（5.5103-5.47144）V=0.03886V高溫110°C時的輸出電壓最大值比低溫26°C時的輸出電壓最大值僅僅降低了約0.71%。

3. 對比、剖析、討論

由圖1所示共射放大電路的溫度掃描仿真分析及圖2所示差分放大電路的仿真測量和圖4所示溫度掃描仿真分析的結果可知：

（1）Multisim的溫度分析掃描能夠非常直觀地檢測放大電路的零點漂移特性。

（2）單端輸出接法的差動放大電路的KCMR較雙端輸出接法的差動放大電路要低；雙端輸出接法的差動放大電路的電壓放大倍數是相應單端輸出接法的差動放大電路的電壓放大倍數的兩倍。

（3）無論是普通放大電路還是差動放大電路，其輸出電壓都是按負溫度系數規律變化的。

四、結論

通過運用Multisim仿真平臺，幫助我們緩解了因資金不足導致設備耗材等受限這些因素的限制，使得許多不能進行實物講解的實驗得以通過仿真直觀再現，還可進行各種目的不同的訓練，使學生的自主分析、設計和應用能力得到培養，高效且低成本。在模電教學過程中，使用Multisim仿真對抽象的理論教學起到了推波助瀾的作用，使模電課程的理論與實踐完美融合在一起，極大的豐富模擬電子技術的教學內容，并在后繼課程的中也有很好的延伸性。

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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）02-0134-02

一、引言

電力電子技術是目前最活躍、發展最快的一門新興學科，且廣泛應用于工業、交通、IT、通信、國防以及民用電器、新能源發電等領域，它的應用領域幾乎涉及國民經濟的各個工業部門。

二、電力電子技術課程教學現狀

當前高職院校基本都采取理論教學加實踐操作的模式進行電力電子技術課程的教學。首先，講解電力電子器件的工作原理、特性以及使用方法；然后對各種變流電路（包括整流、逆變、斬波和交流變換等）的電路構成、工作原理和波形等進行分析；最后在實驗實訓臺上進行實操、搭建電路、觀察波形等進行驗證。

電力電子技術課程本身屬于電類各專業課程中較難的課程之一，教學對象又為高職學生，他們理論基礎差，計算能力弱，因此教學重心一定偏向實操。然后，在對電力電子電路進行實驗實訓分析的過程中，由于電力電子器件具有非線性等特點以及電力電子電路的復雜性，造成實驗實訓結果不明顯，單從示波器顯示波形不能很好地檢測電路的正確性。而且電力電子技術的實驗實訓都涉及到220V或者380V的高電壓，具有一定的危險性。往往造成學生實驗實訓項目做得迷迷糊糊，不知道結果是否正確，即使知道錯誤了也很難進行排故，導致學生學習興趣減低，形成惡性循環。

三、虛擬仿真技術在電力電子技術教學中的應用

虛擬仿真技術是近年來隨著計算機技術迅猛發展而逐步形成的一類實驗研究的新技術，它在各類專業各種類型的課程當中被廣泛應用。虛擬仿真技術的優點主要有：（1）實驗硬件門檻低，基本不需要專業的實驗設備，只需要普通計算機即可；（2）實驗過程安全可靠，不涉及高電壓、高電流；（3）實驗過程迅速、結果清晰明顯，能快速地在計算機屏幕上顯示所需要的所有結果，一目了然；（4）糾錯排故簡單，基本的仿真實驗修改只需要在仿真環境下進行器件或者連接的修改。

鑒于以上優點，虛擬仿真技術在電力電子技術課程實驗當中進行應用十分合適，并能有效地提高電力電子技術課程的教學效果。目前，可對電力電子電路及系統進行虛擬仿真的軟件較多，如Matlab、Pspise、Saber以及Multisim等。這些模擬仿真軟件的出現，為電力電子電路及系統的分析提供了方便、有效的手段，大大簡化了電力電子電路及系統的設計和分析過程。其中Matlab軟件由于其Simulink環境下提供的SimPowerSystems工具箱在電力系統分析、電力電子電路分析中令人滿意的表現、友好的界面和模塊化的形式受到廣大用戶的青睞。

根據電力電子技術課程教學的要求，結合課程實驗操作內容，我們設計、建立并實現了涵蓋高職教學要求的十五個電力電子技術Matlab仿真項目。下面以直流升壓斬波電路為例，詳細介紹使用Matlab軟件進行模擬仿真的方法和步驟。

四、仿真實例

本節以直流升壓斬波電路為例，詳細介紹使用Matlab軟件進行電力電子電路仿真的方法和步驟。直流升壓斬波電路是典型的直流斬波電路之一，它通過電容、電感元件的儲能以及電力電子器件（此處使用IGBT）的通斷控制，使負載上得到比電源電壓高的電壓，其電路原理圖如下所示。

根據電路原理圖，在Matlab的Simulink中建立直流升壓斬波電路仿真模型，步驟如下：

1.仿真平臺建立。啟動MATLAB，進入MATLAB環境，點擊工具欄中的Simulink選項，進入所需的仿真環境，點擊File/New/Model新建一個仿真平臺。

2.模塊提取。在Simulink環境中拉取所需要的模塊到仿真平臺中，具體做法是點擊左邊的器件分類，電力電子仿真實驗一般只用到Simulink和SimPowerSystems兩個，分別在它們的下拉選項中找到我們所需的模塊，用鼠標左鍵點擊所需的模塊不放，然后直接拉到仿真平臺中。本電路圖所需要的模塊及提取路徑如下表所示。

3.仿真模型建立。將提取的各模塊，按照原理圖布局好位置并進行連線。具體做法是移動鼠標到一個模塊的連接點上，會出現一個“+”字型光標，按住鼠標左鍵不放，一直拉到所要連接的另一個模塊的連接點上，放開左鍵，連線就完成了。本電路圖的仿真模型如下圖所示。

4.參數設置。參數設置分為模塊參數設置和仿真參數設置。模塊參數設置如下：直流電壓源的幅值設置為100V。電阻負載設置為1Ω。控制脈沖電壓由脈沖發生器產生，電壓幅值設置為3V，周期設置為0.001S，脈沖寬度比的大小設置可改變輸出負載電壓的大小。IGBT、功率二極管、信號分解器、電感和電容可保持默認設置。示波器根據需要輸出的波形個數設置輸入端口數。仿真參數設置如下：將開始時間設置為0，終止時間設置為0.01，算法設置為ode23tb。

5.仿真。完成以上步驟后便可以開始仿真，仿真結束后雙擊示波器觀察波形。直流升壓斬波電路在控制脈沖電壓寬度比為80%和40%時的仿真波形如圖3所示，與理論分析值一致。

五、小結

虛擬仿真技術隨著計算機技術的發展在近些年得到了長足的發展，越來越多的課程在教學中引入了虛擬仿真技術，它對課程教學效果的提供具有較大的作用。文章在分析教學現狀的基礎上，引入了使用Matlab軟件的虛擬仿真技術，并以直流升壓斬波電路為例，詳細介紹使用Matlab軟件進行電力電子電路仿真的方法和步驟。

參考文獻：

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引言：

電路虛擬實驗作為虛擬實驗的組成部分，正在由以儀器儀表為測量工具的傳統分析方法逐步向以計算機為工作平臺的虛擬分析方法過渡，同時由于社會對網絡教育的強烈需求和相關技術的快速發展，使得虛擬電路實驗和遠程教育日益結合，成為網絡虛擬現實研究的新熱點。通過對相關技術進行了可行性分析，結合多年的教學實踐經驗，開發了虛擬電路實驗平臺，系統分為客戶端的用戶界面層、服務器仿真引擎的數據處理層、仿真層以及客戶端和仿真引擎之間的傳輸層。其中實時連續仿真則是在開發的過程中遇到的一個技術難點。由于實時性和多用戶同時仿真的需求，系統在后臺采用了分割時間片的技術，并根據電路狀態的連續性，在時間片的結束點保存電路狀態，在開始點重置電路狀態，從而支持實時連續的遠程電路實驗。

一 虛擬實驗的研究現狀

虛擬實驗分為有實驗室支撐的實驗模式和沒有實驗室支撐的實驗模式。前者是一種"虛擬儀器版面一硬件設備"操作的模式。后者沒有真實的實驗室作為支撐，全部使用仿真技術、虛擬現實技術以及網絡技術等高科技手段創造虛擬實驗環境，實驗者像在真實的環境中完成實驗的各個環節，比前者更經濟，更容易建立實驗系統，也更方便實驗者，是目前乃至今后的主要發展方向。電子電路虛擬實驗作為虛擬實驗的組成部分，也得到了快速的發展。而針對遠程教學的仿真軟件，或者著重于多媒體演示，功能簡單，交互性差，或者沒有強大的后臺支持。遠程教學仿真軟件不能利用單機版的仿真軟件，建立功能強大，交互性強，能夠實時連續仿真的遠程虛擬實驗平臺，使得遠程實驗教育難以得到有效發展。

二 虛擬電路實驗平臺的系統構架設計

要設計的"虛擬電路實驗平臺"系統，硬件構架采用b/s結構，用戶通過裝有flash插件的瀏覽器與實驗平臺交互，搭建電路，并觀察輸出結果。用戶信息和實驗信息保存在mysql數據庫中，后臺的核心xspice仿真軟件，進行仿真計算。系統的軟件構架設計如下：1）界面層采用多媒體技術構造實驗板及各種元器件，用來與用戶交互并顯示仿真結果。2）傳輸層通過socket傳輸xml格式的實驗數據，實現客戶端與仿真引擎的數據交換。3）數據處理層解析xml格式的用戶實驗操作的數據，并轉換為.cir文件所需的語法格式；構造xspice所需的仿真輸入文件（.cir）；分析xspice仿真后的輸出文件（.out），提取實驗所需數據； 以xml格式封裝仿真數據，準備發送。4）仿真層調用xspice進行仿真計算。xspice是一個優秀的電路仿真軟件，它把cir文件作為仿真參數文件輸入，由仿真程序運算后得到仿真結果，輸出到out文件。

三 實時連續仿真技術的實現

在基于仿真的遠程電路虛擬實驗系統中，往往需要使用電路仿真軟件，如spice、xspice等，通過它們的瞬態仿真功能獲得電路輸出數據，先仿真電路狀態變化的全過程，再輸出全部仿真結果。在電路實驗中，模擬電路虛擬實驗往往瞬間就可以達到穩定狀態的，之后電路狀態就不再變化。像這樣的電路，在進行仿真的時候可以只顯示電路達到穩定之后的狀態，也就是只顯示一次。正好符合spice、xspice等仿真軟件的要求。類似的還有自動脈沖輸入的數字電路。下面以接有自動脈沖輸入的時序邏輯電路為例，討論實時連續仿真技術。

1.分段仿真原理。真實情況下的實時連續仿真，實驗者只要按下仿真開關，電路就會源源不斷地把數據顯示在界面上。但是仿真引擎使用的xspice并不是一個實時連續仿真軟件，在使用xspice進行電路瞬態仿真計算的時候，必須等到xspice仿真結束才能得到仿真結果，進而分析顯示。而xspice的這種功能特性與虛擬實驗中所要求的連續不斷地計算并顯示電路輸出數據，并能根據用戶的交互實時作出響應是有矛盾的。為此，可以采用分段仿真的方法，即設定一仿真時間段tb，仿真引擎讓xspice每次瞬態仿真只計算tb 時間長度的電路輸出數據，然后將數

據發送到客戶端，客戶端則按照結果數據中的時間戳在相應的時間點上改變顯示輸出。等到tb時間之后，客戶端得到的數據顯示完畢.仿真引擎再計算下一個tb 時長度的電路數據并發送給客戶端。

在電路實驗教學中，多數電路并不復雜，輸入時鐘信號的頻率也不太高，因此基本可以滿足這一要求。仿真引擎每次仿真一個時間片的數據，并把它傳送給客戶端，客戶端以仿真結果中的時間戳為序，把數據保存在一個fifo隊列中，然后根據時間戳依次從隊列中取出數據進行顯示。當客戶端發現隊列中的仿真數據即將被顯示完時，就發送一個隊列空的請求到仿真引擎。考慮到網絡傳輸時間和仿真程序的運行時間的消耗，客戶端發送繼續仿真的請求需要有一個時間上的提前量，盡量避免出現冒泡fifo隊列已空，而客戶端還未收到仿真引擎的下個時間片的仿真結果，導致顯示出現停頓的情況。

2.電路狀態重置。由于時序電路的輸出是由電路的輸入和當前狀態決定的，因此在進行分段仿真時，必須保存每個時間片結束時的電路狀態，并在下一個時間片的仿真開始時用它來設置電路的初始狀態，從而可以保持在整個仿真過程中電路狀態的連續。可以把第i個時間片的t時刻的電路狀態表示為：

sit=[αφ]，i∈[i，+∞]，t=[0，tb]其中 α=[α1，α2，…，αn]t 為各觸發器狀態，n為電路中的觸發器數，φ= [φ1，φ2，…，φm ] 為各輸入時鐘脈沖源的相位，m為電路中的輸入源數。那么時間片i中，t時刻的電路狀態與0時刻電路狀態的關系是：sit=f（si0，t），其中f是由實驗電路決定的狀態變換函數。

3.用戶交互。上述仿真算法中，整個仿真過程被分割成一個個時間片來分段仿真，每一個時間片的仿真結果是在認為這個時間片內沒有用戶交互，實驗電路的結構和參數沒有發生變化的情況下得到的。然而，用戶有可能在一個時間片的任何時刻對實驗電路進行操作，例如調整了信號發生器的信號輸出頻率或者幅度、按下了電路板上的按鈕等。在發生了用戶交互的情況下，由于電路已經發生了變化，有可能導致電路的輸出也發生變化，因此這個時間片中剩余的還沒有顯示的數據就將成為無效數據。所以當發生用戶交互時，客戶端需要清空未顯示的數據隊列，向仿真引擎發送交互請求，并傳送交互時間t1，仿真引擎根據發生交互的時間點，可以根據當前時間片的輸出數據計算出t1時刻的電路狀態st1i，其中i是發生交互的時間片編號。

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中圖分類號：TN29

1 虛擬技術的概念

虛擬技術是一個很廣義的概念，我國著名院士汪成為教授把虛擬技術看作人類認識世界的幫手，認為虛擬技術是“在計算機軟硬件及各種傳感器（如高性能計算機、圖形圖像生成系統，以及特制服裝、特制手套、特別眼鏡等）的支持下生成一個逼真的、三維的，具有一定的視、聽、觸、嗅等感知能力的環境，使用戶在這些軟硬件設備的支持下，能以簡捷、自然的方法與這一由計算機所生成的‘虛擬’的世界中對象進行交互作用。它是現代高性能計算機系統、人工智能、計算機圖形學、人機接口、立體影像、立體聲響、測童控制、模擬仿真等技術綜合集成的成果。目的是建立起一個更為和諧的人工環境”。

而從工程角度定義的話，虛擬技術可看作為通過使用下列一個或幾個概念或方法：硬件和軟件分區，分時，部分或全部的硬件仿真、模擬，提供服務質量（QoS）等，把計算機資源分成多個執行環境的系統框架和方法論。

上世紀60年代末期，IBM在其7044機上首次實現虛擬技術（IBM M44/44X Project）[3]。計算機技術的快速發展，使得虛擬技術成為重要的研究手段廣泛應用于各學科領域的研究與實踐中。隨著電子技術與計算機技術交叉、綜合的程度越來越高，在以物聯網絡和嵌入式系統為技術發展方向的現代電子技術中，虛擬技術的應用越來越廣泛。

2 虛擬技術在電子技術中的應用

電子技術中，虛擬技術的應用可概括為三個方向：一是集成了大量虛擬儀器的軟件包的應用，通常稱之為EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）技術；二是虛擬硬件技術，即借助于圖形圖像、仿真和虛擬現實等一切可用的技術，在計算機上虛擬出一個與實際硬件功能相近，且操作方法和實驗現象也相近的虛擬實驗環境；三是VM（Virtual Machine，虛擬機）技術的應用，比如VMware虛擬機等。

2.1 EDA技術的應用

EDA技術是在20世紀60年代中期從計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助測試（CAT）和計算機輔助工程（CAE）的概念發展而來的。利用EDA工具，電子設計師從概念、算法、協議開始設計電子系統，從電路設計、性能分析直到IC版圖或PCB版圖生成的全過程均可在計算機上自動完成。

作為現代電子系統設計的主導技術，EDA具有兩個明顯特征：即并行工程（Concurrent Engineering）設計和自頂向下（Top-down）設計。其基本思想是從系統總體要求出發，分為行為描述（Behaviour Description）、寄存器傳輸級（RTL，Register Transfer Level）描述、邏輯綜合（Logic Synthesis）三個層次，將設計內容逐步細化，最后完成整體設計，與傳統設計方法比較，這是一種全新的設計思想與設計理念。

EDA軟件包在電子技術的虛擬實驗教學方面體現出了巨大的優勢，最重要的是由于其提供了種類齊全、功能強大、界面真實、設置方式真實的虛擬儀器，諸如萬用表，示波器，頻率計，LED顯示等，一些軟件諸如NI公司的Multisim，還包括有安捷倫示波器，安捷倫萬用表，安捷倫信號發生器，泰克示波器等實際產品的虛擬界面，其操作界面和操作方式完全與實際器件一樣。這些虛擬儀器的使用，較大程度增加了學生在虛擬實驗過程中的真實感。

目前，EDA技術更多地指數字集成電路的設計自動化，模擬電路以及混合電路設計自動化的發展尚不夠成熟。尤其是射頻電路設計，因為要涉及到復雜的數學理論，導致其分析過程更加復雜，所以尚沒有成熟的設計自動化軟件。

2.2 虛擬硬件技術的應用

虛擬硬件技術在電子技術中的應用，則主要體現為虛擬實驗室的建設。虛擬實驗室的建設目前主要有純軟件仿真形式、可直接操作遠程實驗室實驗過程的虛擬實驗室兩種形式。

2.2.1 純軟件仿真形式的虛擬實驗室

純軟件仿真形式的虛擬實驗室是利用仿真軟件來模擬實驗的全過程，不涉及具體的實驗硬件設備。

與單機版的仿真軟件相比，這類實驗室采用C/S模式，在其服務器上設計并存儲進行實驗的仿真代碼，用戶只需在客戶端的實驗操作界面上操作，即可實時地發送參數信息、接收仿真結果數據。這類虛擬實驗室因其實驗界面與仿真算法獨立，易于設計與實現，方便操作，成為當今虛擬實驗室的主流。

2.2.2 直接操作遠程實驗室實驗過程的虛擬實驗室

這種虛擬實驗室是通過客戶端操作直接控制遠程實驗室的實驗設備運行，獲取真實實驗數據。

這類實驗通常具有視頻和音頻反饋，使用者通過計算機可以實時地觀察實驗地運行，也可以調整實驗相應的參數，從而遠程操控實驗室的實驗過程。此類實驗形式不但有效地利用了有限的實驗室資源，而且具有很好的實驗效果，成為解決遠程教育中實驗設備緊缺、實驗效果難以保證等問題的一種很好的方法，是目前虛擬實驗室研究開發的一個主流方向。

2.3 VM技術的應用

VM技術，是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。 利用VM技術，能夠在一臺真實的計算機上虛擬出多臺計算機，還可以同時運行兩個或更多的操作系統，比如運行DOS、各個版本的Windows、各個版本的Linux、BeOS、Mac OS等等。虛擬機具有跨平臺性，裝載在硬件平臺上的虛擬機，它和宿主機好像是連接在同一個網絡中一樣。用戶通過虛擬機提供的標準接口訪問異構資源，而標準接口的具體實現由各異構資源提供者負責落實，因此用戶感覺不到請求資源的異構性。Java VM和PVM是比較成功的采用虛擬機技術實現跨平臺、屏蔽異構性的典型例子。

3 虛擬技術對電子技術發展的重要意義

近幾年來，虛擬技術在我國的應用研究和發展都十分迅速，結合虛擬技術在電子技術三個方向的應用，其重要意義可概述為以下幾個方面：

第一，虛擬技術給電子技術的工程實踐帶來了革命性的變革。

傳統電子系統的設計方法，主要基于自底向上的設計思想，設計人員必須利用底層功能模塊的組裝，才能構成較復雜系統的設計，系統調試難度高，設計效率低，設計周期較長。但EDA技術的出現，特別是自頂向下的設計思想，極大的提高了電子系統設計的效率，縮短了設計周期，使得電子設計進入了一個全新的時代。

第二，虛擬技術給電子技術教學帶來了革命性的變革。

傳統電子技術的教學是理論教學和實驗教學分開進行的，由于電子技術的實踐性強，人為地把完整的教學過程分離成了兩個環節，極大地破壞了教學完整性。而EDA軟件或虛擬實驗系統，通過計算機把教學內容、實驗設備、教師指導、學生操作等有機地融合為一體，還原了一個完整的課堂，提高了教學的有效性。

第三，虛擬技術給電子技術的應用解決了實際問題。

隨著物聯網和嵌入式系統的發展，傳統電子技術的發展受到了很大程度上的制約，一些諸如通信協議異構、數據格式異構等問題，給電子技術設計人員帶來了極大的困擾。而虛擬技術的出現，給電子技術解決上述困難提供了最為有利的幫助，使得電子設計人員更為專注電子技術本身的功能實現。

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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0034-03

一、前言

《電力電子技術》是一門面向機械電子、自動化等專業開設的實踐性很強的應用技術型專業基礎課程。其主要研究內容為電能的變換和控制，涉及各種電力半導體器件及變流裝置，如整流、逆變、直流斬波、交-交變換等電能變換及PWM控制和軟開關技術等內容[1-2]。在該課程的課堂理論教學中，有大量的電路波形分析及電量計算內容，需要畫出相應的電壓、電流信號波形圖并作相關電量的數學公式推導及諧波分析。在傳統教學模式中主要采用PPT動畫及課堂板書等教學方式，不僅費力費時，且電路波形的動態變化表現不足，交互性很差，尤其對電路的諧波分析非常抽象、復雜而不易理解。特別是當需要改變電路參數及負載性質時，所有的波形圖必須重新畫出，非常不方便，不僅使得教學課時緊張，而且內容單調枯燥，大大降低了學生的學習興趣，難于達到理想的教學效果。為了克服傳統課堂教學模式的缺點，形象直觀地進行教學，變抽象為具體，變枯燥為生動，激發學生的學習興趣，提高教學質量，有必要將MATLAB/SIMULINK及PSIM等計算機仿真技術引入到課堂教學中，作為傳統課堂教學手段的補充，對現有課堂教學模式進行改進及完善[3-6]。

《電力電子技術》課程具有很強的實踐性，實驗教學在整個課程教學中占有非常重要的地位。實驗不僅可以驗證課堂教學講授的理論、加深對課堂理論知識的理解，而且可以鍛煉學生的動手能力及解決實際問題的能力，在整個課程教學中具有不可或缺的作用。本課程所開設的實驗均是依托“電力電子技術及電機控制實驗裝置”完成的。由于該實驗裝置操作復雜，加之每個實驗學時有限，使得學生不易熟練掌握裝置的使用，在實驗中存在以下幾方面的問題：（1）由于操作不當容易造成器件損壞，查找故障及更換損壞器件又會減少學生的實驗時間，影響實驗效果。（2）由于每臺實驗裝置只配備了一臺雙蹤示波器，同一時刻只能觀察分析最多倆路電壓、電流或驅動控制信號波形，難于對實驗電路的各處波形有一個全面的觀察，影響對電路工作情況的整體理解。（3）實驗設備及元器件的老化等問題可能使得實驗結果與理論分析出現較大差異甚至異常情況，從而影響實驗效果。（4）每次的實驗結果及觀察的波形需先記錄在實驗數據記錄表中，實驗結束時由指導教師檢查實驗數據及波形是否正確并給出成績。但若實驗結果不正確，則學生沒有時間去糾正，還需另約時間重新完成實驗，不利于提高實驗效率。針對實驗中存在的問題，需要對傳統的實驗教學模式加以改進和完善，在實驗教學中引入計算機仿真技術，開發對應實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗，并提供給學生，作為學生實驗時的輔助實驗手段，達到及時解決實驗中出現問題的目的，提高實驗教學質量[7-10]。

二、《電力電子技術》課程課堂教學及實驗教學模式改革的思路

基于傳統課堂理論教學及實驗教學中存在的問題和不足，引入計算機仿真技術，對《電力電子技術》課程課堂教學模式及實驗教學模式進行改革。

1.課堂教學模式改革思路。在傳統的PPT加板書授課的基礎上，引入專用電力電子仿真軟件MATLAB/SIMULINK和PSIM，針對課程主要教學知識點和重要電路開發若干課堂教學計算機仿真實例。通過在課堂教學中引入MATLAB及PSIM教學仿真實例，對關鍵的電力電子電路進行交互式動態波形分析，幫助學生理解課堂所講理論內容。采用PPT動畫+課堂板書+計算機仿真等三位一體的教學模式，提高課堂利用率，調動學生學習興趣。將相關MATLAB及PSIM教學仿真實例提供給學生，以便學生能夠在課前熟悉及課后復習課堂講授內容，達到提高學習興趣和教學質量的目的，同時讓學生熟悉電力電子電路的計算機仿真方法，為以后在實際工作的應用打下基礎。

2.實驗教學模式改革思路。在傳統裝置實驗的基礎上，利用MATLAB仿真軟件中的SIMULINK工具箱開發每一個實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗，在實驗前提供給學生，使學生對所做實驗的電路及需要觀察的波形有一個直觀、感性的認識。將MATLAB仿真虛擬實驗程序預存在實驗室計算機上并對學生開放，以使學生隨時能夠針對實驗中出現的問題進行仿真，觀察正確的波形，以便于幫助確定問題所在，達到快速解決問題的目的，提高實驗效率。通過虛擬實驗+裝置實驗的實驗教學模式，達到激發學生的學習興趣，提高電力電子技術實驗教學質量的目的。為了配合實驗教學改革，還需編寫一套內容完整、難易度適中、針對不同專業特點的《電力電子技術實驗指導書》，以使不同專業的學生能有針對性地選擇不同的實驗項目，從而使學生更好地得到實驗技能的訓練，提高專業技術水平。

三、《電力電子技術》課堂教學模式的改革

根據《電力電子技術》課堂教學改革的思路及漸進式的設計思想，從易到難，從簡到繁，利用計算機仿真軟件MATLAB/SIMULINK及PSIM開發設計了12個相關的教學仿真實例[11-12]。分別為單相橋式全控整流電路、三相半波可控整流電路、三相橋式全控整流電路、三相半波有源逆變電路、三相橋式有源逆變電路、BUCK降壓斬波電路、BUCK濾波降壓斬波電路、BOOST升壓斬波電路、升降壓斬波電路、CUK斬波電路、單相電壓型PWM逆變電路及三相電壓型SPWM逆變電路等課堂教學仿真實例。這12個實例基本涵蓋了《電力電子技術》課程的主要教學內容和重要知識點，通過在課堂教學中加以應用，能夠直觀、動態、形象及交互地對電力電子電路進行動態電壓、電流波形分析，提供了一種圖形化的交互環境，從而使得復雜的電力電子電路仿真和分析及波形觀察變得十分容易，改進及完善了以往僅用PPT動畫及課堂板書的教學方式，構成了PPT動畫+課堂板書+計算機仿真等三位一體的新課堂教學模式。為達到更好的教學效果，進一步提高課堂的教學效率及教學質量，在課程開始時，就將教學仿真實例的源程序提供給學生，使得學生可以課前進行預習，課后進行復習，不僅可以提高學生的學習興趣，而且還可培養學生的自學能力，同時使學生逐步熟悉和掌握MATLAB和PSIM這兩種常見的電力電子電路仿真設計軟件的使用，為以后在實際工作的應用打下基礎。

下面以三相電壓型SPWM逆變電路仿真實例為例介紹計算機仿真技術在課堂教學中的應用。三相電壓型SPWM逆變電路是《電力電子技術》課程非常重要的一個教學內容。該教學知識點除了需要介紹電路工作原理外，還包括大量的波形分析、公式推導及諧波分析和相關電量的計算。采用傳統的PPT+板書教學模式時，學生普遍反映內容復雜、抽象、枯燥、不易理解，教學效果不理想。為了彌補傳統課堂教學模式的不足，利用MATLAB/SIMULINK開發了三相電壓型SPWM逆變電路教學仿真實例，其MATLAB仿真電路模型如圖1所示，相應的仿真結果示于圖2中。

MATLAB仿真軟件具有豐富的電路波形分析功能，可方便地利用MATLAB/SIMULINK的Scope示波器觀察多路指定信號隨時間變化的動態波形。圖2中示出了三相對稱的SPWM輸出電壓ua、ub、uc的波形及三相對稱輸出電流ia、ib及ic的波形。通過仿真波形可清楚地動態觀察到對應波形間的幅值及相位關系，并可根據需要放大局部波形，而這在傳統教學模式中是難于做到的。MATLAB軟件另一個優勢是具有強大的數學計算能力，特別適合電力電子電路的諧波分析及相關電量計算。利用FFT功能模塊可對輸出SPWM電壓波形作指定次數諧波的幅值及相角計算，利用RMS功能模塊可對信號進行有效值計算。圖1中示出了利用FFT模塊及RMS模塊對輸出電壓ua進行諧波分析及有效值計算的方法，相應的動態計算結果通過Display數字顯示器可直接給出。通過以上實例可以看出，在課堂教學中，利用計算機仿真作為教學的輔助手段，可有助于將煩瑣、枯燥、抽象的理論分析及推導變得生動、直觀且易于理解，可有效引起學生的關注和學習興趣，達到提高教學效率及教學質量的目的。

四、電力電子技術實驗教學模式的改革

依據實驗教學模式改革思路并結合實驗室的具體情況，本課程共開設4個實驗：三相半波可控整流電路實驗、三相半波有源逆變電路實驗、三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗、直流變換電路實驗等。所有實驗均可在“電力電子技術及電機控制實驗裝置”實驗成。不同專業的學生可根據專業需要選擇其中3個作為必做實驗，1個為選做實驗。針對該實驗設備操作復雜、實驗學時有限的問題，編寫了與實驗設備配套的《電力電子技術實驗指導書》，對每一個實驗均詳細說明了實驗要求、電路的工作原理及實際操作過程等內容。利用MATLAB仿真軟件中的SIMULINK工具箱開發了每一個實驗項目的MATLAB仿真虛擬實驗程序。分別為：三相半波可控整流電路虛擬實驗、三相半波有源逆變電路虛擬實驗、三相橋式全控整流及有源逆變電路虛擬實驗、BUKE降壓斬波電路虛擬實驗、BOOST升壓斬波電路虛擬實驗、升降壓斬波電路虛擬實驗及CUK斬波電路虛擬實驗等，對應每一個實驗，均編寫了虛擬仿真實驗指導。在實驗前，將相應的虛擬實驗仿真程序提供給學生，使學生對實驗電路的結構、電路元器件連接關系、相關的電壓、電流波形等有一個直觀、感性的認識，以提高實驗效率和實驗效果。所開發的所有虛擬實驗程序均安裝在實驗室計算機中，學生在實驗中可隨時調用相關仿真程序，通過對相應電路波形的對比，幫助確定實驗中出現問題的原因，找到解決問題的方法。圖3為三相橋式全控整流電路虛擬實驗MATLAB仿真模型，其仿真波形示于圖4中。

由圖4中虛擬實驗仿真波形可以看出，學生可以同時觀察到相位依次相差120°的對稱三相電源線電壓uab、ubc、uca的波形，三相電流ia、ib、ic的波形，6個晶閘管依次相位相差60°的門極觸發信號ug1～ug6的波形，整流輸出電壓ud及輸出電流id的波形等。通過仿真波形，可觀察到全部相關信號之間的相位關系。尤其重要的是可仿真當某個晶閘管的門極觸發信號缺失或是晶閘管故障時電路相應節點的波形，當實驗中出現相應故障時，可以幫助學生確定故障原因，提高學生獨立解決實際問題的能力，而這是實際裝置實驗中僅利用雙蹤示波器觀察波形時無法實現的。從三相橋式整流電路的MATLAB仿真虛擬實驗的例子可以看出，虛擬實驗具有裝置實驗所不能實現的功能，是裝置實驗的重要輔助手段。采用計算機仿真虛擬實驗+實際裝置實驗的實驗教學模式可以達到提高實驗效率和實驗教學質量的目的。

五、結束語

本文針對傳統課堂教學及實驗教學中存在的問題和不足，在課程教學中引入計算機仿真技術，對《電力電子技術》課程教學模式進行了改革。提出了PPT動畫+課堂板書+計算機仿真三位一體的課堂教學模式，基于MATLAB/SIMULINK及PSIM電路仿真軟件開發了教學仿真實例應用到課堂教學中，可以實現對電力電子電路進行電路原理及波形的交互式動態分析，形象直觀，便于理解和掌握。基于MATLAB/SIMULINK開發了虛擬實驗程序，提出了虛擬實驗+裝置實驗的實驗教學模式，提高了學生獨立解決實際問題的能力。計算機仿真技術應用到課程教學中，提高了學生的學習興趣及教學的效率，讓學生逐步熟悉電力電子電路的計算機仿真方法，為以后在實際工作的應用打下基礎，是一種值得肯定和進一步發展完善的教學改革方向。

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[11]黃忠霖，黃京.電力電子技術的MATLAB實踐[M].北京：國防工業出版，2009.

篇（10）

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 16-0141-01

電子技術是一門基礎學科，為學生學習電子知識打下堅實的基礎，然而傳統的電子技術教學存在著較多的問題，教學效果不明顯，主要是因為理論知識枯燥，不利于調動學生的積極性，同時對于電路的分析過多的強調理論，增加了學生學習的難度，同時實驗課的教學不規范，造成了儀器的損壞或者是不足，難以培養學生的動手能力和解決問題的能力。為了改變電子技術教學效率低的現狀，需要引進新的教學方法和手段，其中計算機仿真軟件的應用對提高電子技術教學質量起了巨大的促進作用。

一、計算機仿真軟件的概述

近年來，電子技術的教學在計算機仿真軟件的推動下獲得了很大的進步，對于提高電子技術的教學質量起了積極的促進作用，特別是電路仿真軟件和EWB仿真軟件。

電路仿真軟件是具有豐富的元器件庫，能夠對及時的對直流和交流的特征進行分析，并提供復雜電路的性能參數，進而將結果以文本或者是曲線的方式呈現出來，大大的提高了電路分析的穩定性和高效性。在電路仿真軟件提供的性能參數的比對下，對理論的數據進行檢驗，給學生以更加直觀的認識，大大的提高了教學的效果。另外，在電路仿真軟件的作用下，學生可以對線路的工作效果進行觀察，進而提高其理解和分析復雜電路的能力。

EWB仿真軟件作為一種電子線路仿真軟件，具有直觀和操作方便、設備齊全的特點。在該軟件的幫助下，使電子技術教學更加生動具體，不僅能夠反映出電路的仿真測試，還可以對線路的故障進行設計，同時提供多種分析的工具，提高了分析線路性能的有效性。憑借著其直觀性和有效性，EWB在電子技術的教學中得到了廣泛的應用，并發揮了積極的促進作用。

二、計算機仿真軟件在電子技術教學中的應用

（一）計算機仿真軟件對于電子技術教學的促進作用

首先，計算機仿真軟件具有很強的分析功能。在電子技術的教學中，單純的理論堆積不易于學生對知識的理解和接受，但是計算機仿真軟件具有強大的分析功能，通過直觀的體現引起學生對知識的思考，進而提高學生的分析能力。計算機仿真軟件的元件數量很多，可以根據教學的需要進行選用并對隨意的進行更改，在課堂的仿真教學中，學生可以對電路的每一個步驟進行觀察，進而加深了對知識的理解和應用能力。

其次，加強學理解基礎知識的同時培養了學生的綜合能力。在計算機仿真軟件的幫助下，學生和教師處于一種特殊的教與學中，給學生以身臨其境的感覺，進而使學生加強了對理論概念的理解。由于可以利用仿真軟件進行故障設定，這樣可以為學生設定學習難題，進而在課堂的練習中增強學生排除故障和分析問題的能力。

另外，在仿真軟件的幫助下，教師與學生進行了深入的交流，便于教師及時的了解學生的接受情況，進而為教學進度的制定提供借鑒，即在保證教學質量的同時，合理調整教學的進度。

（二）計算機仿真軟件在電子技術教學中應用的策略

1.發揮仿真軟件優勢，提高學生興趣

在計算機仿真軟件的協助下，克服了實際元件不足的情況，在大量的仿真實驗練習中，使學生明確仿真實驗和傳統實驗的區別，使學生在虛擬的環境中進行實驗的學習，不僅要完成實驗的任務，還要進行交流，分析實驗的結果和電路的規律，進而提高學生學習電子技術的興趣和熱情。

2.正確處理虛擬實驗與實物實驗的關系

電子技術具有很強的操作性，需要加強對實驗的重視，進而培養學生的動手能力。虛擬的實驗只是作為教學的輔助手段，學生的最終目的是運用所學的知識解決實際生活的難題，因此，電子技術的教學離不開實物教學。在電子技術的教學中，虛擬實驗要與實物實驗相互配合、相互促進，共同提高電子技術教學的質量和效果。在電子技術的教學中，既要重視對基本功的訓練，促進學生動手能力的增強，還要學生掌握現代的實驗手段，進而培養出符合需要的創新型人才。

總之，電子技術作為一門基礎性課程，是學生綜合能力培養的基礎和前提，需要加強對該課程的重視，既要重視電子技術教學的理論性，又要重視其實踐性。

計算機仿真軟件的應用對提高電子技術教學起了積極的促進作用，使理論得到了驗證。因此，在電子技術教學中，教師要加強對計算機仿真軟件的應用，創設積真實的學習環境，同時加強對虛擬實驗和實物實驗的結合，確保學生在掌握堅實的理論基礎的前提下，重視學生動手能力的培養。

參考文獻：

篇（11）

中圖分類號：TN702-34 文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)17-0188-02

Establishment of Virtual Experimental Environment Based on

Multisim for Electronics Curriculum

WANG Quan-yu

(School of Electronics and Information Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)

Abstract： The EDA simulation tool Multisim is introduced to solve the problem that the curriculum teaching is apart from practice. On the basis, taking a RC coupled single stage common emitter amplifier circuit as an example, circuit is built and virtual experimental environment is created. By running the simulation, the teaching process under this environment is described, and the establishment of virtual experimental environment for electronics curriculum is discussed. Through the teaching activities which combining electronics theory and practice under the environment, problems existed in traditional classroom teaching are solved and the teaching effect is improved.

Keywords： Multisim; virtual experimental environment; electronics; teaching; simulation

電子技術課程實踐性強，必須用大量的實驗來輔助和加深理論學習，但受到實驗學時分配和實驗室資源配置的限制，教學過程中存在理論教學與實踐教學脫節的問題，課堂教學的效果不好，效率不高。

利用EDA仿真工具Multisim，搭建實驗仿真電路，在課堂教學中創設虛擬實驗環境，并在此環境下采用理論與實踐相結合的教學模式開展教學，以解決傳統教學模式下存在的問題［1］。

1 Multisim簡介

Multisim是最新EDA工具之一，是以Windows為基礎的仿真工具，包含原理圖和硬件描述語言輸入工具，具有豐富的仿真分析能力，用于板級的電子電路設計。

Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，設計者無需深入了解SPICE技術就可進行仿真、分析和設計。Multisim的重要特征包括：通過直觀的電路圖捕捉環境, 輕松設計電路；通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為；借助高級電路分析, 理解基本設計特征；通過一個工具鏈, 無縫地集成電路設計和虛擬測試；通過改進、整合設計流程，減少建模錯誤并縮短建模時間。

Multisim經過多個版本的發展，目前普遍使用Multisim 10。Multisim與Labview完美結合，用戶可以根據需求制造出屬于自己的儀器，教育工作者可以方便地把理論知識用計算機仿真真實的再現出來，解決理論教學與實驗相脫節的問題［2］。

2 電子技術虛擬實驗環境創設

電子技術課程理論系統性強，概念抽象，對學生實踐能力要求高。利用EDA工具，選擇課程中的重點和難點內容進行實驗仿真，創設虛擬實驗環境，開展以模擬、仿真實驗為基礎的計算機輔助課堂教學，通過實驗驗證理論和“實驗結果”的反復重現，增強抽象概念的直觀性，加強學生的認知、理解和記憶強化；通過學生參與實驗過程，增強課堂的互動性和趣味性，達到培養能力，提高教學效果的目的。

模擬電子技術課程可創設的虛擬實驗環境有：阻容耦合放大電路、差分放大電路、兩級阻容耦合放大電路、負反饋放大電路、電壓比較器、互補功率放大電路、正弦波振蕩電路、和整流-濾波-串聯穩壓電路。

數字電子技術課程教學中可以創設：集成門電路、組合邏輯電路、觸發器、時序邏輯電路、555定時器及其應用、D/A及A/D轉換器［3-5］。

3 應用舉例

本文以單級阻容耦合共射放大電路為例，介紹基于Multisim技術的虛擬實驗環境的創設。

通過阻容耦合放大電路實驗環境，可以開展工作在放大狀態下三極管電流分配關系，靜態工作點與三極管飽和、放大、截止三個狀態之間的關系，工作點與溫度的關系，元件參數對放大倍數、輸入電阻和輸出電阻的影響等實驗演示教學。

根據教學需求，創設實驗環境，在Multisim上搭建測試電路，圖1為單級阻容耦合共射放大電路，圖2為靜態測試電路。設置實驗所需的信號發生器、電流表和示波器，調整好測試參數。

課堂教學中，借助創設的實驗環境，運行電路仿真，可以開展如下的實驗演示教學。

在圖2電路中，接通直流電源，觀察三極管的工作狀態，加深學生對靜態工作狀態的理解，消除在靜態，即沒有變化信號輸入時，三極管沒有工作電流的認識誤區。

在圖2電路中，改變電路元件R1，R2和V2的參數，觀察靜態工作點Q的變化，加強學生對電路參數決定靜態工作點位置的掌握［6-8］。

在圖1電路中，信號發生器輸入變化信號，通過雙通道示波器觀察實際電路波形輸出結果，如圖3所示，使學生加深對共射放大電路放大情況，輸出與輸入相位關系的理解與認識［9-10］。

在圖1電路中，調節負載電阻RL，觀察負載對放大倍數的影響，加深理解。調節R1，改變靜態工作點位置，使波形發生失真，讓學生直觀形象地了解放大器的

非線性失真的情況。

4 結 論

單級阻容耦合共射放大電路是模擬電子技術課程講授的第一個電路，正確理解并牢固建立靜態工作點、放大倍數、波形失真等有關概念，掌握這些概念之間以及它們與電路參數之間的關系，對整個課程的學習是至關重要的。學生對動態放大、波形失真與靜態工作點關系的理解，既是教學的重點，又是教學的難點。在本例的教學活動中，通過創設的實驗環境仿真分析電路，測試電路參數和觀察波形，并通過反復的演示和觀察，開展充分的互動教學，就可達到消除學生的認知誤區，深化對上述概念的理解和掌握，取得良好的教學效果。

參 考 文 獻

［1］路而紅.虛擬電子實驗室［M］.北京：人民郵電出版社,2005.

［2］常華，袁鋼,常敏嘉.仿真軟件教程：Multisim和Matlab［M］.北京：清華大學出版社,2006.

［3］侯建軍.電子技術基礎實驗、綜合設計實驗與課程設計［M］.北京：高等教育出版社,2007.

［4］康華光.電子技術基礎(模擬部分)［M］.5版.北京：高等教育出版社,2006.

［5］閻石.數字電子技術基礎［M］.5版.北京：清華大學出版社,2006.

［6］華成英,童詩白.模擬電子技術基礎［M］.4版.北京：高等教育出版社,2006.

［7］解月珍，謝沅清.電子電路計算機輔助分析與設計［M］.北京：北京郵電大學出版社,2001.

［8］王全宇.環形移位計數器在彩燈控制電路中的應用［J］.電子科技,2010(1):62-64.

［9］王全宇.示波器掃描與觸發方式的選擇［J］.大學物理實驗,2010,23(3):20-22.