虛擬仿真技術(shù)在高職電子技術(shù)教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)在高職電子技術(shù)教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用

覃喜1，成世龍2

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023）

以二階有源濾波器的設(shè)計與仿真為例，文章闡述了Multisim電路設(shè)計與仿真在教學(xué)中的應(yīng)用。實(shí)踐表明，該仿真軟件的虛擬仿真設(shè)計環(huán)境，具有不受實(shí)驗(yàn)場地、時間空間的限制，快速完成由理論電路到目標(biāo)電路轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)，極大地促進(jìn)了電子電路的設(shè)計與開發(fā)，促進(jìn)了電子信息類專業(yè)課程的教學(xué)和實(shí)訓(xùn)改革。

電路設(shè)計；虛擬仿真；Multisim 1電類課程教學(xué)背景及現(xiàn)狀

近些年來，隨著科技的高速發(fā)展和各種智能電子產(chǎn)品的快速普及，大學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)積極性以及對課程的興趣大大降低。因此在教學(xué)中引進(jìn)虛擬仿真技術(shù)是非常有必要的，一方面，降低了學(xué)生在硬件開發(fā)過程中的調(diào)試難度，縮短了電子系統(tǒng)課程設(shè)計開發(fā)時間，從而提高了教學(xué)效率；另一方面，在課程設(shè)計中培養(yǎng)了學(xué)生開發(fā)設(shè)計的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生們對課程的興趣。

2　虛擬仿真教學(xué)案例的建立

2.1 利用Multisim構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室

Multisim以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，它作為一種強(qiáng)大的電子電路設(shè)計、仿真軟件，可以對模擬電路、數(shù)字電路進(jìn)行系統(tǒng)的仿真。它強(qiáng)大的仿真功能，能夠幫助我們快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計和驗(yàn)證。我們可以直接在Multisim中創(chuàng)建一個具有完整組件庫的電路圖，然后模仿電路行為，實(shí)現(xiàn)在PC端就可以對電路進(jìn)行調(diào)整與驗(yàn)證。對學(xué)生來說，在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程上通過仿真軟件去設(shè)計并實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計與驗(yàn)證，是一個較為輕松且更容易接受的方法。而且Multisim在科研開發(fā)，電子設(shè)計競賽等方面都有很大的幫助。因此利用Multisim構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室是十分有必要的。

采用模擬仿真技術(shù)，在電路圖設(shè)計階段就可以對設(shè)計進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證所設(shè)計的電路或者選用的方案是否達(dá)到設(shè)計要求的技術(shù)指標(biāo)，還可以通過改變元器件參數(shù)使整個電路的性能最優(yōu)化。這樣節(jié)省了制作周期與經(jīng)費(fèi)，提高了設(shè)計效果與質(zhì)量。

3　仿真技術(shù)與實(shí)際電路制作的相互轉(zhuǎn)換

3.1 基本原理電路的設(shè)計

基本原理圖的設(shè)計是電子設(shè)計的基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計要求，確定電路實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是設(shè)計過程中不可或缺的一部分。該種濾波器的作用是只允許在某一個通頻帶的范圍內(nèi)的信號通過，并且比通頻帶下限頻低和上限頻率高的信號均被加以衰減和抑制。典型的帶通濾波器可以由二階低通濾波器其中的一階改成高通的濾波器而成。

設(shè)計一個有源二階帶通濾波器，其指標(biāo)要求如下：

中心頻率為：f0=2 000Hz，通帶中心頻率的放大倍數(shù)為：Au=10；帶寬為：Δf=100Hz。

根據(jù)以上的設(shè)計要求，第一步先確定電路，其采用的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 二階有源濾波器

根據(jù)以上的公式推導(dǎo)計算出該濾波器電路的電阻電容的參數(shù)，將通過Multisim仿真軟件繪制得到，如圖2所示。

圖2 Multisim仿真電路

圖中分別串聯(lián)輸入了3個幅值均為1Vpp的正弦波信號，其頻率分別為200Hz，2kHz，20kHz。通過以上的仿真結(jié)果，可以知道輸入的混合頻率的波形，最終輸出放大了10倍的2kHz的正弦波，而小于2kHz和大于2kHz的200Hz信號及20KHz的信號被有效地衰減和抑制，從而濾出2KHz的信號，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。

通過虛擬仿真設(shè)計的二階有源濾波器，在教學(xué)的過程中可以加深學(xué)生對濾波器的理解，更方便地讓學(xué)生掌握通用濾波器的設(shè)計方法。與此同時，在調(diào)試仿真電路的過程中，通過Multisim軟件來靈活調(diào)整元器件的參數(shù)，大大節(jié)省了學(xué)生調(diào)試電路的時間，為實(shí)際硬件電路的設(shè)計提供了可靠的理論依據(jù)。

3.2 基于虛擬仿真技術(shù)的課程設(shè)計教學(xué)改革

Multisi軟件為電子信息工程技術(shù)專業(yè)的課程設(shè)計及教學(xué)提供了豐富的元件庫、虛擬儀器儀表、電路參數(shù)仿真分析方法，可以利用其設(shè)計虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行課程設(shè)計的教學(xué)改革，豐富教學(xué)案例，并能夠通過其電路元器件的參數(shù)設(shè)計，方便地進(jìn)行基礎(chǔ)課程教學(xué)的開展，通過虛擬儀器儀表的參數(shù)分析，得到每一個元器件的特性信息，提高教學(xué)設(shè)計的效果，鍛煉學(xué)生設(shè)計電子電路的實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生的求知欲及創(chuàng)新意識。在此過程中需要如下幾方面的問題。

（1）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的有效開展，需要加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的平臺建設(shè)工作，需要配備有高性能的計算機(jī)作為基本的硬件支撐，以及完善的虛擬仿真軟件平臺，為課程的設(shè)計中應(yīng)用提供軟硬件的保障。

（2）電子電路的設(shè)計是綜合性的實(shí)踐教學(xué)，尤其是在高職類院校體現(xiàn)得較為明顯，該部分的內(nèi)容需要電子電路理論知識與工程實(shí)踐問題相結(jié)合。在濾波器的設(shè)計過程中，可以查找有關(guān)濾波器設(shè)計的相關(guān)書籍進(jìn)行電路形式的確定。然而在具體的電路元器件的參數(shù)選取時，則必須根據(jù)實(shí)際的需求運(yùn)用公式進(jìn)行計算。在實(shí)際的工程實(shí)踐中，通常所計算出的理論值與實(shí)際電子元器件的參數(shù)存在一定的誤差，因此必須考慮誤差值，才能確定元件參數(shù)。

（3）虛擬仿真教學(xué)案例庫的設(shè)計，目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還處于探索階段，教學(xué)環(huán)節(jié)中對哪些電路模利用虛擬方正輔助完成教學(xué)的定位還不是很清晰，而這將是對教學(xué)案例庫進(jìn)行整合設(shè)計，也是課程教學(xué)改革當(dāng)中必須要解決的關(guān)鍵問題之一。

4　結(jié)語

利用Multisim軟件進(jìn)行電子電路設(shè)計、仿真就可打破常規(guī)實(shí)驗(yàn)室資源利用比較低效對電路設(shè)計造成的限制。針對電子專業(yè)課程理論性強(qiáng)、高應(yīng)用能力等教學(xué)特點(diǎn)，在新的高等教育形勢下，高職院校教師應(yīng)結(jié)合當(dāng)前高職學(xué)生的特點(diǎn)，在拓寬學(xué)生職業(yè)生涯的基礎(chǔ)上對傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行改革與創(chuàng)新。

而虛擬實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建，是一種低投入高產(chǎn)出、資源共享的全新的辦學(xué)理念，也必然是高校未來發(fā)展的趨勢?；贛ultisim環(huán)境下的虛擬電子實(shí)驗(yàn)室是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的革新，技術(shù)優(yōu)勢十分明顯，非常適合新世紀(jì)高素質(zhì)人才培養(yǎng)的新模式，其應(yīng)用前景在高校課程教學(xué)中十分廣闊。

［1］康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，1999.

［2］王成安，畢秀梅.數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［3］鐘斌，曾超. Multisim仿真在通信課程設(shè)計教學(xué)改革中的應(yīng)用［J］.福建電腦，2016（2）：40-41.

［4］李海娜，陳源. Multisim仿真及分析在電路教學(xué)中的應(yīng)用［J］.電子世界，2015 （22）：161-164.

Practical application of virtual simulation technology in the teaching of higher vocational colleges' electronic technology

Qin Xi1， Cheng Shilong2
（Guangxi Vocational and Technical College of Communications， Nanning 530023， China）

Example for 2nd-order active flter design and simulation， this paper elaborated application of Mulitisim circuit design and simulation in teaching. Practice shows that the virtual simulation designed environment of simulation software has the characteristic that it can quickly complete the transformer from theory circuit to target circuit not subjected to the experimental site， time and space constraints，which not only infnitely promoted the electronic circuit design and development， but also promoted the teaching reform and practical training reform of electronic information specialty courses .

circuit design； virtual simulation； Mulitisim

覃喜（1991— ），男，廣西柳州，助理工程師；研究方向：電子信息技術(shù)。