模擬電子線路實驗仿真教學(xué)改革探討

蔡秋娥

摘 要：本文運用Prorteus技術(shù)對電子線路實驗教學(xué)進行改革，得出在電子線路課程中引入仿真教學(xué)的優(yōu)勢，并通過單管放大電路的分析可以看出引入仿真教學(xué)可以將抽象的教變成直觀教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與積極性，對模擬電子線路的實驗教學(xué)改革非常有幫助。

關(guān)鍵詞：模擬電子線路 Proteus 仿真 教學(xué)

模擬電子線路（簡稱“模電”）是一門電子類專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程的學(xué)習(xí)效果直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，該課程雖然是專業(yè)基礎(chǔ)課，但課程比較抽象、復(fù)雜，而且實踐性很強，課程中含有大量的電類專業(yè)基礎(chǔ)知識，體系龐大，原理抽象，分析不直觀。使得初學(xué)者難以接受，困難重重，這樣就導(dǎo)致學(xué)生望而卻步，失去了學(xué)習(xí)興趣。也為后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)埋下隱患。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，我們在模電教學(xué)中引入英國Lab Center Electronics公司開發(fā)的PROTEUS軟件，對模電實驗教學(xué)進行改革。

1.PROTEUS技術(shù)介紹

在模電實驗教學(xué)中因為實驗設(shè)備種類繁多、更新速度快，給教學(xué)投入與管理帶來很多的困難；模電實驗教學(xué)內(nèi)容獨立、分散，不利學(xué)生知識點的連貫與應(yīng)用，同時在實物實驗教學(xué)中實驗內(nèi)容與格式僵化，只是一種驗證性教學(xué)，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。針對于這些教學(xué)中的缺點我們引入了仿真教學(xué)，能有效的改進以上不足。

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺。它的特點是互動的電路仿真；豐富的器件庫；智能的器件搜索；智能化的連線功能；支持總線結(jié)構(gòu)；可輸出高質(zhì)量圖紙和完善的電路仿真功能。

將Proteus引入到模電實驗教學(xué)中的優(yōu)勢有：Proteus軟件提供超過27000多個仿真器件，基本涵蓋了模電所需要的所有器件，它能提供多樣的激勵源和豐富的虛擬儀器，生動的仿真顯示讓學(xué)生能直觀的看到抽象的電流電壓變化過程，將模電變成感觀學(xué)生，使得教學(xué)可視化，提升教效果。此軟件并提供高級圖形仿真功能，能對瞬態(tài)進行捕捉分析。

2.模電實驗教學(xué)實例

2.1單管放大電路的實踐教學(xué)實例

單管放大電路是模電中最基礎(chǔ)的電路，后面的電路分析都是在這個電路的基礎(chǔ)演變而來，所以這個電路的掌握層度對后面電路的學(xué)習(xí)非常重要，因此我們看看這個電路怎么用仿真教學(xué)進行改革的。

例如設(shè)計單管電路的電路，在電路中接入信號發(fā)生器與示波器，同時還在三極管的三個極分別接入三個電位探針。

將可變電路RV1調(diào)到中間位置，運行電路可以看到線路上用紅，綠顏色代表不同的電位情，不同的電路線路的顏色是不一樣的，這樣就讓學(xué)生知道在模電中不同的線路上的電位是不一樣的。同時在線路的還有箭頭代表電路電流的方向很直觀，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中一目了然。通過電位探針可以看到三極管的C、B、E極的電位分別是7.7V、4.7V和1.1V，如圖2所示。通過到極電位的分析可以得出，此時電路處在放大狀態(tài)。而我們可以通過仿真軟件中的示波器可以看到電路的放大情況，如圖1所示。

圖1 三極管放大電路中各極電位及波形放大效果電路的放大倍數(shù)可以通過單管放大電路的放大公式進行計算。再由仿真電路得到的結(jié)果進行驗證。當(dāng)將基極電阻調(diào)小，到達一定的層度就可以看到電路的放大輸出波形就開始失真，如圖4所示。從仿真圖上可以看出三極管C、B、E極電位分別是5.9V、6.4V、5.7V，可以看出這時電路處在飽和失真狀態(tài)。從波形圖上也可以看出輸出波形下部分被截去了。因人共集電路的反相作用所以飽和失真看到的是下部分被截去。為了使波形的失真情況看得更清楚，還可以運用圖表形式來進行觀察，如圖2所示。

圖2 電路失真及圖表分析3.結(jié)束語

通過前面的實例看出在電子線路中引入Proteus技術(shù)教學(xué)后可以將抽象復(fù)雜的電路的分析過程，可以通過很直觀過程展現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生可以看得到，并不像以前的教學(xué)教要學(xué)生自己去想象。而且我們所教學(xué)的學(xué)生層次大部分都不善長于抽象思維，比較適合于形象思維和直接操作，所以這個教學(xué)改革結(jié)合學(xué)生實際情況而開展。同時也可以滿足學(xué)生不斷探索的好奇心理，比方說我們在帶學(xué)生在實驗室用實際電子元器件做實驗時學(xué)生就會問，老師其他電路變大變小或者斷開會出現(xiàn)什么情況，如果我們把電源改變又會出現(xiàn)什么情況呢？這就結(jié)教學(xué)生帶來兩種困難：如果老師直接分析給學(xué)生聽，學(xué)生就會陷入到枯燥的理論分析中去，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，也會打擊學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。如果老師把學(xué)生提出的要求都讓學(xué)生去試一遍，哪就增加了老師的準(zhǔn)備元器件都設(shè)備的難度，同時也可能給學(xué)校增加了許多設(shè)備的投入資金。引入仿真教學(xué)后這些困難都可以得以解決。

通過教學(xué)實踐證明，引入仿真教學(xué)不但可以解決學(xué)校的投入困難，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不會受場地時間的限制，還可以通過網(wǎng)絡(luò)向老師及其他的專家進行討論學(xué)習(xí)，使學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力不斷提高。

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本論文為湖南省職業(yè)院校教育教學(xué)改革研究項目，課題編號：ZJB2013083