模擬仿真技術(shù)在電子電工實驗中的作用

劉永平

摘要：在高職院校中，由于學(xué)生對相關(guān)設(shè)備認(rèn)識程度不足且動手能力欠缺，使得電子電工實驗的失敗情況時有發(fā)生，這樣對設(shè)備會產(chǎn)生一定的損害，學(xué)生的人身安全無法得到保障，而模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決上述問題，為學(xué)生營造一個良好的虛擬實驗環(huán)境，在確保實驗進行的同時保證了學(xué)生的安全。本文對EWB做了簡單介紹，從模擬仿真技術(shù)的特點出發(fā)，分析了模擬仿真技術(shù)在電子電工實驗中的作用。

Abstract： In higher vocational colleges， due to the lack of understanding of relevant equipment and the hands-on ability， the failure of electronic and electrical experiments has occurred， which will cause certain damage to the equipment and the personal safety of students cannot be guaranteed. The application of simulation technology can effectively solve the above problems， and create a good virtual experimental environment for students， ensuring the safety of students while ensuring the experiment. This paper gives a brief introduction to EWB. Based on the characteristics of simulation technology， the role of simulation technology in electronic and electrical experiments is analyzed.

關(guān)鍵詞：模擬仿真技術(shù)；電子電工實驗；應(yīng)用

Key words： simulation technology；electronic and electrical experiment；application

中圖分類號：G710 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）31-0292-02

0 引言

電子電工專業(yè)是應(yīng)用性、實踐性比較強的專業(yè)，因此實驗環(huán)節(jié)是必不可少的，同時對學(xué)生的知識運用能力、實踐操作能力、思維能力等都有著積極作用。但是在實驗的操作過程中，實驗失敗的情況時有發(fā)生，這種情況下，既增加了設(shè)備損害的幾率，又會對進行實驗操作學(xué)生的人身安全產(chǎn)生威脅，因此將模擬仿真技術(shù)應(yīng)用到電子電工專業(yè)實驗教學(xué)過程中就顯得尤為重要了，一方面它可以有效避免因?qū)嶒炇≡斐傻膬x器損壞等現(xiàn)象的發(fā)生，另一方面它還可以為學(xué)生提供真實的實驗環(huán)境，保護了學(xué)生的人身安全。

1 EWB概述

EWB被稱為電子的“設(shè)計工作平臺”或“虛擬電子實驗室”，由加拿大Interac-tiveimagetechnologies esltd開發(fā)出來的，在安裝時對空間要求不高，大約占有15M。EWB集成設(shè)計環(huán)境較為全面，且整個用戶界面設(shè)計較為合理，它包含的虛擬電子設(shè)備和元器件都比較豐富，因此可以完成多類型的原理圖輸入。當(dāng)電源開關(guān)打開時，可以輸入電路的各種參數(shù)模擬；同時它還可以將示波器、電壓表、測電儀等儀器設(shè)備引入到電路中，方便對電路的觀察。

EWB還包含了14種分析工具和4種掃描工具，這樣用戶可以通過設(shè)備直觀看到電路的運行狀態(tài)。同時它還可以對電路的靈敏度和穩(wěn)定性進行實時測量，有效避免因電路不穩(wěn)定影響實驗效果。此外，EWB還能為用戶提供元器件的精確尺寸和相關(guān)參數(shù)。

2 模擬仿真技術(shù)特點介紹

由于模擬仿真技術(shù)是以實際實驗環(huán)境為參考，以先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為手段，將實際實驗過程中的各因素建立在網(wǎng)絡(luò)平臺當(dāng)中的，因此具有以下突出特點：第一，具有檢驗分析等特點。通常來講，學(xué)生在進行電子電工實驗過程中，就必須依靠完整的電路實驗設(shè)計為基礎(chǔ)，因此學(xué)生需要利用計算機技術(shù)，來對電路實驗進行設(shè)計。設(shè)計環(huán)節(jié)完成后，則可以通過模擬仿真技術(shù)，來對設(shè)計完成的電路進行檢驗與分析，看其是否存在設(shè)計不合理等情況的存在，從根本上減少后期實驗失敗情況的發(fā)生頻率。同時在對設(shè)計方案進行檢驗與分析時，也可利用模擬仿真技術(shù)的上述特點，確保設(shè)計方案的可行性，為后期的創(chuàng)新性實驗奠定良好的基礎(chǔ)，從而有效減少因失敗造成的儀器損壞等問題；第二，模擬仿真技術(shù)具有實驗演示等特點。部分高職學(xué)校由于受自身實際情況的限制，因此會存在實驗室使用緊張等情況的發(fā)生。在此背景下，利用模擬仿真技術(shù)的實驗演示等特點，學(xué)生就可以在虛擬環(huán)境中完成電子電工實驗，有效緩解了高職院校資源欠缺的情況。另外，學(xué)生還可以利用此特點完成對下節(jié)所學(xué)課程內(nèi)容的預(yù)習(xí)，加強學(xué)生對下節(jié)所學(xué)知識的印象，從而有效減少在進行實驗操作過程中的實驗事故的發(fā)生頻率。

3 模擬仿真技術(shù)下的電子電工實驗內(nèi)容

對于進行實驗的電路，采取了以仿真軟件作為理論分析的主要工具，首先要輸入電路的實驗信息。組件的參數(shù)輸入以之前設(shè)計好的參數(shù)進行，通過軟件分析電路特性，如邏輯關(guān)系、傳輸特性，隨后進行輸出和打印。使用合作對話、交換等方式，在確保電路處于最佳工作條件時，對元件進行測試并確定其參數(shù)，再次進行輸出和打印。例如，在實際應(yīng)用過程中，可以以之前設(shè)計實驗參數(shù)為基礎(chǔ)，將計算機得出的電路測試情況與實際測量情況做比較，找出兩者之間的差異。然后改變現(xiàn)有參數(shù)，以仿真軟件為主要方式對其進行再次分析。在這個過程中，電子電路的基本原理能夠得到更深層次的理解，對測試人員分析和解決問題能力的提升也有一定的幫助。通過對上述方式的應(yīng)用，使理論知識和實踐經(jīng)驗得到了有效整合，對推動知識的整體化與統(tǒng)一化有著重要意義。在EWB中，不僅可以對混合電路、數(shù)字電路進行仿真，而且還能對仿真出的電路性能進行分析。同時在設(shè)置分析方法時，應(yīng)靈活運用Spice程序和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從而推動元器件庫模型建立的完成。實驗者要根據(jù)實際需求進行線路圖的設(shè)計，打開電源，這樣電路中的參數(shù)值就可以通過示波器直接反映出來，方便讀取。然后更換測繪儀器，對所得出數(shù)據(jù)進行再一次的測量與分析，并將此次所得結(jié)果與上述結(jié)果進行比較。如果兩者之間數(shù)據(jù)相差較大，那么應(yīng)繼續(xù)對輸入的參數(shù)進行調(diào)整與更正，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行修改，再次進行結(jié)果運算與輸出，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 模擬仿真技術(shù)在電子電工實驗中的作用

4.1 對設(shè)備安全以及學(xué)生人身安全有一定的保障作用 在高職院校電子電工專業(yè)中，通常都會使用到電流、電壓等方面的知識，而想要提升學(xué)生對電子電工知識的掌握，那么就必須要求學(xué)生進行相關(guān)實驗，使得自身理論知識得到有效鞏固。眾所周知，電流與電壓的使用不當(dāng)會造成多方面的危害，高強度電壓、電流甚至還會威脅人們的生命安全。如果在電子電工專業(yè)進行實驗的過程中，學(xué)生在電流連接的過程中稍有失誤，造成電流連接部位錯誤，那么就極容易發(fā)生線路短路的情況，或者引起火災(zāi)，嚴(yán)重威脅著學(xué)生們的生命安全。同時學(xué)生如果不注重自身操作的規(guī)范性，那么就會直接影響其最終的實驗效果。例如針對邏輯電路實驗進行操作的過程中，如果學(xué)生對芯片的安裝位置把握不準(zhǔn)確，將芯片放置在了錯誤的位置，那么在接通電路后，芯片溫度就會急劇升高，從而導(dǎo)致芯片被燒毀。這種情況下，電路實驗的相關(guān)數(shù)據(jù)也會因芯片的燒毀而丟失，如果芯片燒毀嚴(yán)重，還會對整個操作設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞，導(dǎo)致其不能正常使用。而在電子電工實驗中運用模擬仿真技術(shù)，主要是利用計算機中的EWB仿真軟件來完成實驗仿真的[1]，這樣學(xué)生進行實驗的過程以及平臺都是在這個虛擬的實驗環(huán)境中來進行的，這樣不僅有效避免了因操作不當(dāng)造成的儀器損害，而且對學(xué)生的人身安全還有保障作用。

4.2 為實際實驗中不能完成的實驗提供了平臺 電子電工專業(yè)開設(shè)實驗教學(xué)的目的，就是為了使學(xué)生能夠通過實驗提高自身對不同電路以及各類電路故障表現(xiàn)形式的認(rèn)識。而想要對電路故障進行分析，那么就必須以擁有完善的電路設(shè)施以及相應(yīng)元件為基礎(chǔ)。雖然這些實驗從理論上來講是可以實現(xiàn)的，但是在實際實驗中卻無法完成，或難度較大。但是將模擬仿真技術(shù)應(yīng)用到電子電工中，則可以實現(xiàn)一些實際實驗中無法完成的實驗。具體來講，在EWB軟件系統(tǒng)中，根據(jù)其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來對實驗數(shù)據(jù)進行設(shè)置，設(shè)置完成后要對EWB軟件中的元器件數(shù)據(jù)參數(shù)進行調(diào)整，以此為基礎(chǔ)進行實驗。

4.3 有效改善傳統(tǒng)電子電工實驗器件不足的情況 近年來，我國電子電工技術(shù)獲得了迅猛發(fā)展，因此，相關(guān)電子設(shè)備、元器件數(shù)量、相關(guān)型號也各有不同，并且不同元器件、不同型號的電子設(shè)備都有不同的應(yīng)用范圍。但是高職院校受自身環(huán)境以及實際情況的限制，因此在其校園內(nèi)的實驗室設(shè)置方面，無法保證元器件、設(shè)備的全面性，而是挑選一些基本的來進行有選擇性的購買，因此學(xué)生接觸到的相關(guān)設(shè)備以及器件有限，相關(guān)實驗也無法有效進行。利用EWB仿真軟件可以對上述現(xiàn)象進行很好的解決，EWB仿真軟件中包含著豐富的元器件模型以及較為全面的電子設(shè)備，從而更好的為各類實驗所服務(wù)。并且此軟件中還具有相關(guān)器件搜索功能，學(xué)生在使用過程中，可以根據(jù)實驗的實際需求，來在此軟件中對所需要元器件進行搜索。此外，模擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)實驗過程相比，其在儀器功能方面也比傳統(tǒng)實際實驗中所使用的儀器功能更為全面，這樣在進行實驗的過程中，如果受到儀器設(shè)備等方面的限制導(dǎo)致實驗無法進行，那么就可以利用模擬仿真技術(shù)，完成實驗教學(xué)。

5 模擬仿真技術(shù)在電子電工實驗中的具體應(yīng)用案例

日常生活中，我們常見的搶答器就是以模擬仿真技術(shù)為原型而制作的，當(dāng)一個人搶下?lián)尨鹌鏖_關(guān)后，其對應(yīng)的燈就會亮起。而進行后續(xù)搶答時，最初摁下?lián)尨痖_關(guān)的人不需要一直保持摁燈狀態(tài)，并且不會影響后續(xù)搶答過程的進行。在上述過程中，就是利用EWB查找電路設(shè)計元件的直接體現(xiàn)[3]。在查找相應(yīng)元件完成后，就可進行后續(xù)的電路連接圖。電路連接圖在模擬仿真技術(shù)中有著至關(guān)重要的作用，因此要對電路連接給與高度重視，及時對連接不合理的電路進行調(diào)整，然后利用模擬仿真技術(shù)來對搶答器的設(shè)計進行分析。

6 結(jié)束語

綜上所述，本文主要對EWB和模擬仿真技術(shù)的特點進行了詳細(xì)的介紹，闡述了模擬仿真技術(shù)下電子電工實驗內(nèi)容，并提出了模擬仿真技術(shù)在電子電工實驗中的作用。高職院校電子電工專業(yè)模擬仿真技術(shù)，不僅可以改變傳統(tǒng)的實驗方式，避免了傳統(tǒng)實驗過程中的一系列問題，而且對保證學(xué)生安全，減少儀器損害等具有一定的積極意義。因此高職院校電子電工專業(yè)要對模擬仿真技術(shù)給與重視，并對其進行科學(xué)合理的運用，從而有效提升電子電工專業(yè)學(xué)生的實驗操作水平，使學(xué)生的理論知識與實驗操作統(tǒng)一發(fā)展。

參考文獻：

[1]秦麗娟.模擬仿真技術(shù)在電子電工實驗的作用[J].信息與電腦（理論版），2015（03）：1-2.

[2]宋銳.電子電工實驗中的模擬仿真技術(shù)研究[J].農(nóng)村經(jīng)濟與科技，2017，28（04）：268，271.

[3]楊嶸.模擬設(shè)備在電子電工實驗中的作用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（11）：105.