EDA技術(shù)在電路基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用

龍劍

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421002）

EDA技術(shù)在電路基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用

龍劍

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421002）

筆者通過(guò)對(duì)電路基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的問題分析和對(duì)EDA技術(shù)功能特點(diǎn)的闡述，提出將EDA技術(shù)應(yīng)用于電路基礎(chǔ)課程教學(xué)中，提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

EDA；電路基礎(chǔ)課程教學(xué)；演示實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新意識(shí)

EDA即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ElectronicDesign Automation），是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)最新成果而形成的一門新技術(shù)，是一種能夠設(shè)計(jì)和仿真電子電路或系統(tǒng)的軟件工具。由于仿真軟件能夠在計(jì)算機(jī)上真實(shí)地反映電路的工作狀態(tài)，相當(dāng)于一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，因此在電路基礎(chǔ)課程教學(xué)中，引入EDA技術(shù)，利用EDA軟件的仿真功能進(jìn)行輔助教學(xué)，通過(guò)演示、測(cè)試、驗(yàn)證、糾錯(cuò)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)電路，加深學(xué)生對(duì)電路本質(zhì)的理解，擴(kuò)展講課內(nèi)容，大大提高課堂教學(xué)效果與信息量。

1 電路基礎(chǔ)課程教學(xué)的現(xiàn)狀

電路基礎(chǔ)課程理論嚴(yán)密、邏輯性強(qiáng)，物理概念多，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密。學(xué)好電路基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，樹立理論聯(lián)系實(shí)際的工程觀點(diǎn)，提高分析問題和解決問題的能力都有重要的作用。但是理論課教學(xué)中講解到一些電路時(shí)，有些內(nèi)容抽象不易理解，學(xué)生由于缺乏感性認(rèn)識(shí)而往往會(huì)產(chǎn)生枯燥無(wú)味的感覺，導(dǎo)致不能很好掌握教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生聽課效率和學(xué)習(xí)積極性受到影響。

目前電路基礎(chǔ)教學(xué)存在局限性。首先課堂理論教學(xué)，雖已采用了傳統(tǒng)教學(xué)方式與現(xiàn)代多媒體教學(xué)相結(jié)合，但是對(duì)于電路現(xiàn)象及相應(yīng)參數(shù)的解釋，有些方面還是無(wú)法讓學(xué)生完全理解掌握。例如諧振電路中的頻率特性分析及曲線的解析，這主要是學(xué)生無(wú)法從具體的電路模型中產(chǎn)生對(duì)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)和了解；其次，實(shí)驗(yàn)教學(xué)，雖然都有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，但是受到學(xué)時(shí)限制、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新滯后及實(shí)驗(yàn)室條件的限制，使教學(xué)效果大打折扣；最后，實(shí)踐教學(xué)，目的是讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成電路的分析設(shè)計(jì)。但是由于不可能為每一個(gè)學(xué)生都配備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器，一直以來(lái)大多數(shù)學(xué)生根本無(wú)法真正完成所謂的“設(shè)計(jì)”，很多學(xué)生都是將教材或參考書上的內(nèi)容照搬到設(shè)計(jì)報(bào)告上，導(dǎo)致實(shí)踐課程流于形式，與所要達(dá)到的教學(xué)目的相距甚遠(yuǎn)。另外電路基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)中，在實(shí)訓(xùn)課題中存在一些不安全因素，束縛了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性。

2 EDA技術(shù)的功能特點(diǎn)

（1）EDA仿真軟件能便利快捷地建立電路原理圖。EDA仿真軟件具有非常完備的元器件庫(kù)，幾乎涵蓋了絕大多數(shù)元器件的仿真模型。

（2）EDA仿真軟件測(cè)試電路性能參數(shù)及波形準(zhǔn)確直觀。EDA仿真軟件提供了豐富的虛擬儀器庫(kù)，既包括常用的電壓表、電流表、模擬示波器等常用儀器，還包括邏輯分析儀、數(shù)字示波器及普通實(shí)驗(yàn)室較難配備的高端儀器。這些儀器儀表不僅外形和使用方法與實(shí)際儀器相同，而且測(cè)量的數(shù)值和波形更為精確可靠。

（3）EDA仿真軟件強(qiáng)大的分析功能。EDA仿真軟件可以進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、付里葉分析、噪聲分析、失真分析、直流掃描分析、參數(shù)掃描分析、靈敏度分析、傳輸函數(shù)分析、批處理分析、噪聲圖形分析及RF分析等一系列的分析。分析結(jié)果以數(shù)值或波形直觀的顯示出來(lái)，為學(xué)生設(shè)計(jì)分析電路提供了極大的方便。

（4）EDA仿真軟件提供了與其他軟件信息交換的接口。例如Multisim 2001可以打開由PSpice等其它電路仿真軟件所建立的Spice網(wǎng)格表文件，并自動(dòng)形成相應(yīng)的電路原理圖。也可將Multisim 2001建立的電路原理圖轉(zhuǎn)換成網(wǎng)格表文件，提供給Ultiboard模塊或其它EDA軟件（如Protel、Orcad等）進(jìn)行印刷電路板圖的自動(dòng)布局和自動(dòng)布線。

3 EDA在電路基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用

（1）將EDA引入課堂，進(jìn)行演示性實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)中通過(guò)多媒體技術(shù)，使用EDA仿真軟件進(jìn)行隨堂設(shè)計(jì)、演示，能及時(shí)的把空洞的理論和看不見摸不著的各種參數(shù)值、電壓值及實(shí)際波形活靈活現(xiàn)的展現(xiàn)出來(lái)。清晰的給出電壓、電流及信號(hào)的特征和變化過(guò)程，可以將過(guò)去課堂上一些簡(jiǎn)單的原理分析，變成形象的演示，形成了理論說(shuō)教與實(shí)驗(yàn)結(jié)合能同步進(jìn)行的教學(xué)模式；及時(shí)的消除了學(xué)生對(duì)結(jié)論所持的懷疑，做到了一步到位，對(duì)知識(shí)的理解更加深刻和牢固。例如講解串聯(lián)諧振電路中的幅頻特性和相頻特性時(shí)，利用EDA技術(shù)工具軟件進(jìn)行實(shí)際操作演示，快捷方便的建立串聯(lián)諧振電路模型，通過(guò)虛擬儀器儀表進(jìn)行仿真演示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與曲線。這樣不僅可以觀察到光滑的諧振曲線如圖1所示，而且能同時(shí)觀察到參數(shù)的變化對(duì)諧振曲線的影響，如圖2所示。

圖1 串聯(lián)諧振電路幅頻特性和相頻特性曲線

圖2 同一坐標(biāo)系中不同電阻時(shí)的幅頻特性和相頻特性

以上方法既提高了課堂講授效率，同時(shí)也將抽象的邏輯教學(xué)形象化和直觀化，取得了較好的教學(xué)效果。

（2）開展仿真實(shí)驗(yàn)。由于EDA仿真軟件元器件庫(kù)齊全，儀器儀表種類充足，仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)不受硬件電路的束縛，可以根據(jù)教學(xué)需要設(shè)計(jì)電路。學(xué)生也可以根據(jù)自己的想法改變電路結(jié)構(gòu)或元器件參數(shù)，進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)，并分析結(jié)果。這樣利用仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以大大開闊學(xué)生思路，發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，真正提高學(xué)生的電路分析和設(shè)計(jì)能力。對(duì)于一些課程中要求進(jìn)行計(jì)算或者是分析設(shè)計(jì)的題目，可以要求學(xué)生在理論計(jì)算之后，再利用EDA軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和分析，以增加學(xué)生對(duì)知識(shí)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解。

（3）將EDA技術(shù)引入到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中。由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地有限，學(xué)生如果有疑問想自己進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)調(diào)試，幾乎是不可能的。如果學(xué)生掌握了EDA仿真軟件，只要擁有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，即可根據(jù)自己的興趣，按照自己的想法進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和分析，完成電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試等以前通常在專業(yè)實(shí)訓(xùn)室才能完成的任務(wù)。在一些提高性實(shí)訓(xùn)中引入EDA，一些學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的同學(xué)利用EDA工具作為一個(gè)操作平臺(tái)，可以解決實(shí)際中元器件與設(shè)備不足而限制了學(xué)生創(chuàng)新性思維能力發(fā)展的問題。同時(shí)學(xué)生對(duì)自己提出的實(shí)際方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，在教師的指導(dǎo)下，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，使學(xué)生可以少走彎路，設(shè)計(jì)過(guò)程元器件的損耗也大大減少。

因在電路基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)過(guò)程還存在著威脅學(xué)生人身安全和設(shè)備安全的因素，一旦學(xué)生操作不當(dāng)或失誤，極有可能威脅到學(xué)生人身安全，或者導(dǎo)致儀器設(shè)備損壞，造成重大損失。所以往往在具體教學(xué)過(guò)程中受到這些因素的影響，出于對(duì)安全的擔(dān)憂，許多實(shí)訓(xùn)大打折扣，學(xué)生也不敢大膽動(dòng)手實(shí)訓(xùn)，從而影響到了實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和積極性。利用EDA工具可以使學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中，充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，隨意修改電路，做不同的嘗試，放開手腳，大膽嘗試，這樣在拓展實(shí)訓(xùn)范圍的基礎(chǔ)上還培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

4 結(jié)語(yǔ)

由此可見將EDA仿真軟件應(yīng)用于電路基礎(chǔ)課程教學(xué)，可以有效解決教學(xué)中的難點(diǎn)問題，更好地實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，從而大幅度提高教學(xué)效果。學(xué)生也可通過(guò)EDA技術(shù)，隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，拓展了實(shí)驗(yàn)空間，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力和創(chuàng)新能力有重要意義。由于仿真軟件在教學(xué)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中沒有元器件損耗問題，設(shè)計(jì)電路可隨時(shí)修改檢測(cè)，大大提高了設(shè)計(jì)的成功率，并且具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。因此無(wú)論從教學(xué)效果、實(shí)訓(xùn)成本，還是從培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的角度考慮，EDA技術(shù)應(yīng)用于電路基礎(chǔ)課程教學(xué)都具有很大的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

［1］路勇.電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

［2］黃智偉.基于Multisim 2001的電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與分析［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［3］朱力恒.電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

［4］周玲.電路基礎(chǔ)［M］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2007.

龍劍（1969-），男，湖南衡陽(yáng)人，大學(xué)本科，講師，主要從事電氣工程教學(xué)與研究工作。