EDA技術在模擬電子技術教學中的應用

【摘要】針對“模擬電子技術”課程在教學過程中出現(xiàn)的原理抽象、電路種類復雜繁多導致學生難以理解等問題，本文將EDA技術與課堂教學和實踐教學相結合，提出一種基于EDA仿真平臺的“模擬電子技術”教學新模式，實現(xiàn)教學方式方法的改革和創(chuàng)新。

【關鍵詞】模擬電子技術;EDA;教學新模式

1.引言

電子技術是十九世紀末、二十世紀初開始發(fā)展起來的新興技術，二十世紀發(fā)展最迅速，應用最廣泛，成為近代科學技術發(fā)展的一個重要標志[1]。模擬電子技術課程是高等院校電子信息類專業(yè)的重要基礎課程之一，在整個專業(yè)課程培育中起著承上啟下的作用。由于該課程的重要性和學習難度大的特點，圍繞著該課程的教學探討一直持續(xù)不斷。EDA技術作為一種新的教學手段，已經(jīng)引入到現(xiàn)代教育的各個領域[2]，探討如何將其與模擬電子技術教學更好地結合具有一定教學改革意義。

2.模擬電子技術傳統(tǒng)教學中的問題

模擬電子技術的特點一是理論性強，理論知識講解中很多概念原理抽象，電路種類復雜繁多，很多學生覺得難以理解。二是實踐性強。模擬電路需要動手分析設計才能加強對理論的理解和應用，而如何對模擬電路進行分析設計許多學生無所適從。采用傳統(tǒng)的教學方法，形式單一，教學效果低下，很大程度上打擊了學生對該課程的學習積極性。

因此，將EDA仿真軟件應用于模擬電子技術理論和實踐教學，提出一種基于EDA仿真平臺的理論分析與仿真分析相輔相成、虛擬仿真實驗和實際實踐相結合的教學模式。通過仿真電路和波形顯示，加深學生對理論的理解，有效解決模擬電子技術理論概念抽象，電路分析復雜的難題。同時通過EDA技術的引入，引導學生進行基本電路的分析和設計，為實際電路的設計應用打下基礎。

3.EDA技術在模擬電子技術理論教學中的應用

EDA即電子設計自動化，以計算機和仿真軟件為工具，可以完成整個電路從系統(tǒng)級到物理級的設計與分析。常用仿真軟件有Matlab、Protel、Multisim和PSpice等，考慮到Multisim先進的電路仿真和設計功能[3]且一年級時曾作為學生的自修課程，本次教學研究采用Multisim軟件。

在模擬電子技術的理論教學中，對于那些概念分析抽象、不易理解的部分，利用Multisim，教師可以構建電子電路模型進行仿真演示，通過波形圖和數(shù)據(jù)直觀展示各種參數(shù)變化和虛擬故障對電路靜態(tài)動態(tài)性能的影響，具體而又生動，不僅可以加強學生對理論知識的理解，還可以激發(fā)學生的學習興趣，提高課堂教學效果。

例如在模擬電子教學中第一次講解共射放大電路時，很多同學對放大線路中各個節(jié)點的波形分不清楚，不知道直流信號和交流信號如何疊加在同一個電路中，電路中各節(jié)點信號的相位關系如何覺得難以理解。傳統(tǒng)教學中，僅僅靠在黑板上畫圖講解，教師難講，學生難懂，費事費力效果卻不好?，F(xiàn)在針對這個問題，教師可以通過Multisim搭建基本共射放大電路模型，設置模型參數(shù)，觀察仿真波形，仿真電路和波形圖如圖1、圖2所示。從圖2中看以明顯看出，共射電路輸入信號（節(jié)點2波形）和輸出信號（節(jié)點5波形）的反相關系，并且根據(jù)波形的峰值可以直接算出電路的電壓放大倍數(shù)。節(jié)點2和節(jié)點4波形是靜態(tài)工作點電壓和交流信號疊加信號，c1和c2兩個電容起到隔直作用。通過Multisim軟件的演示過程，直接把抽象的理論轉化成直觀的視覺感受，電路各點波形在學生的腦海里留下深刻的印象，教學效果事半功倍。

圖1 單管共射放大電路

圖2 電路各節(jié)點電壓波形

教學過程的前期，可以在課堂上現(xiàn)場建立電路模型，演示如何進行仿真，讓學生逐漸掌握Multisim的使用。在教學過程的中后期，隨著學生對Multisim軟件的熟悉，為了節(jié)約課堂時間，可以事先把教材中需要講解的電路模型搭建好，用到時直接調用即可。通過這種理論教學和軟件演示相輔相成的教學方式，使得學生把電路原理、工作波形和數(shù)學關系等緊密結合在一起，全面掌握模擬電路的基礎理論，更好地理解這門課程。

4.EDA技術在模擬電子技術實踐教學中的應用

模擬電子技術在傳統(tǒng)的教學過程中，實踐教學基本都是基于實驗平臺操作。實驗平臺的特點是安全、便于操作，但是平臺電路有限，只能覆蓋課程教學中一部分基礎電路，基于實驗平臺的實驗基本都是驗證型實驗，且操作過程中平臺電路元件易損壞，不能很好地達到鍛煉學生動手能力的目的。這就使得學校教學比工程實際滯后，不利于工科應用型人才的培養(yǎng)，造成學生眼高手低，進一步影響學生的就業(yè)和發(fā)展。

因此，模擬電子技術實踐教學中引入仿真軟件，將平臺實驗和軟件虛擬實驗結合，先采用軟件對實驗進行設計仿真，后平臺實驗進行實際電路搭建，既加強了學生對理論的理解，又突出了學生的動手能力。

實踐教學分成兩部分，第一部分是基本電路的驗證和演示實驗，加深學生對書本基礎理論的理解。該部分實驗相對比較簡單，學生主要在實驗平臺上進行操作，同時以Multisim仿真為輔，對一些在實驗平臺上難以操作的部分進行仿真驗證。如研究靜態(tài)工作點對電路動態(tài)性能的影響，實驗平臺操作只能觀察電路中的一個電阻參數(shù)改變對電路輸出波形的影響，而在虛擬仿真平臺上，可以對電路中所有涉及到靜態(tài)工作點的元件參數(shù)進行更改，進而觀察電路波形的變化，并且還可以連續(xù)改變元件參數(shù)對波形的變化進行實時觀測。第二部分是模擬電子技術課程設計，要求學生自己分析設計一個較大規(guī)模復雜模擬電路，給出嚴格的設計思路、理論推導和元件選型依據(jù)，在仿真軟件平臺上搭建出具體電路模型并通過仿真實驗驗證，然后進行實際電路焊接，充分發(fā)揮學生的主體作用，調動學生對該課程學習的主動性、積極性和創(chuàng)造性，提高學生對模擬電路的認識分析能力和創(chuàng)造能力。

5.結論

本文在模擬電子技術教學中引入EDA技術，探索教學改革創(chuàng)新的新手段，將仿真演示融入理論教學，把平臺實驗和虛擬實驗相結合，為課程教學提供了一種新的思路和模式，達到了較好的教學效果。

參考文獻

[1]晏菁.模擬電子技術課程在高等教學中的改革與思考[J].中國成人教育，2008，6：174-175.

[2]李余慶. EDA技術在《電力電子技術》教學中的應用[J].科技信息，2013（7）：27+68.

[3]于京生.Multisim仿真軟件在模擬電子技術實驗教學中的應用[J].石家莊學院學報，13（6）：46-50.

基金項目：財政部第六批高等學校特色專業(yè)建設項目（項目編號：TS12146）“2011年安徽省省級人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)項目”。

作者簡介：王冬菊 （1979—），安徽蕪湖人，碩士，講師，主要研究方向：智能算法，優(yōu)化。