摘要:在《计算机电子电路技术》教学中,传统的教学模式和手段已经不适应现代化教学的需要,计算机和EDA技术的发展,帮助我们解决了传统教学模式的弊端,在教学中应用Multisim仿真软件进行分析,能够在计算机上仿真模拟电路,快速准确。
关键词:Multisim仿真;计算机电子电路技术;教学模式
中图分类号:TP319文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)31-0ppp-0c
The Application of Simulative Software Multisim to the Teaching of Computer Circuit of Electronic Technology
WU De-lin
(Department of Computer Science, SCNU Zengcheng College, Guangzhou 511363, China)
Abstract: In the teaching of Computer Circuit of Electronic Technology the traditional teaching mode and means cannot meet the requirement of modern education. The rapid development of computer and EDA technology is helpful for us to overcome the deficiencies of traditional teaching mode. Making an analysis of using multisim simulation software in teaching, can be fast and accurate in simulation analysis of circuit on computer.
Key words: multisim simulation; computer circuit of electronic technology; teaching mode
电子设计自动化EDA(Electronic DesignAutomation)的出现,真正为师生搭建了一个开放性的“所想即所得”的高效交流平台。用 Multisim 创建的电路为课堂教学创设了教学情境,把电子元器件、仪器仪表、仿真分析方法同等地提供给教师和学生,使学生产生亲临电子电路的实际环境中的感觉。
1 《计算机电子电路技术》课程内容介绍
《计算机电子电路技术》是一门理论和实践相结合的课程。主要内容包括电路的基本概念、基本定律和基本分析方法,电阻电路、动态电路和正弦稳态交流电路的分析,放大器分析基础,负反馈放大器,集成运算放大器原理及其应用,波形放大电路和功率放大器等。
2 在教学中的应用研究
由于《计算机电子电路技术》这门学科的复杂性,涉及到很多的数学分析和物理分析,教学内容对学生来说抽象难懂,很多基本电路都要进行静态和动态分析,如静态工作点分析、交流分析、失真分析等等。利用计算机的电子设计自动化 EDA(Electronic DesignAutomation)软件辅助教学,很好地解决了这个问题,用计算机仿真模拟演示,创设电路情景,有助于学生对基本电路工作原理和概念的理解,加强理论联系实际。用 Multisim 软件来提高教学质量和教学效率,作为教学工具已成为必然。传统的一本书、一支粉笔教师讲到底的课堂教学模式已经满足不了现代化教学的需要,在《计算机电子电路技术》教学中利用计算机的电子设计自动化 EDA 软件教学,已成为一种必然的趋势。
2.1 用软件教学创设教学情景,引导学生自主学习
由于《计算机电子电路技术》是一门理论和实践相结合的课程,传统的理论课教学中,教学内容(如实际的电路,电路的输入、输出电压波形等)难以直观形象地表述,所以教学过程中对于教学情景的创设是十分困难的。
用 Multisim 软件仿真实际电路解决了上述问题,它就像一个真正的实验工作室台,把一些语言文字难以表述或难以理解的变化过程,随时以图形、表格及曲线显示出来,而且还可以根据教学需要随时修改电路和参数,让学生即时观察输出效果,从而使学生加深对电路工作原理的理解。
例1放大器静态工作点的设置
放大器静态工作点设置不合理将影响放大器的正常工作,如果设置不合适会使波形出现严重失真。在电路分析中,静态工作点的分析是其它分析的基础,静态工作点的分析非常重要。但在以往的教学中教师采用传统的授课方式,教师在黑板上讲,学生被动地接受,由于知识抽象,学生对静态工作点的理解始终是不得要领,认识模糊,没有认识到设置静态工作点的重要性。教学中运用Multisim创建电路,通过改变基极偏置电阻的大小,让学生亲眼见识,设置不同的偏置电阻,放大器输出波形的情况,从而加深放大器偏置电阻设置合理性的理解。
为了直观说明静态工作点对放大电路的工作影响,创建如图1的仿真电路,共发射极放大电路。
通过改变 Rb电阻的大小,对比观察输入、输出波形,很容易得出偏置电阻的大小对输出波形的影响。当Rb值为680kΩ时,输出波形如图2所示,输出波形正常;当Rb过小,Rb=300kΩ时,输出波形如图3所示,出现饱和失真;当Rb过大,Rb=100MΩ时,输出波形如图4所示,出现截止失真。通过演示,加深了对基极偏置电阻设置不合理的印象。
学生通过输出波形的比较,得出结论静态工作点设置非常重要,进而会进一步探讨,那么怎样设置静态工作点呢?通过对放大电路静态工作点的估算,得出公式:wdl05tif,所以影响静态工作点的主要因素有VCC、β、Rb 、RC,在这四个因素中,一般直流电源、三极管确定后VCC、β不易改变,Rb是这四个因素中最主要因素,一般可认为IBQ与Rb成反比。若Rb过小,则IBQ、ICQ过大,静态工作点过高,该工作点将出现在晶体管输出特性曲线饱和区,容易造成饱和失真,如图3所示;Rb过大,则IBQ、ICQ过小,静态工作点过低, 该工作点将出现在在输出特性曲线截止区,容易造成截止失真,如图4所示;Rb合适大小,则IBQ、ICQ合适,静态工作点设置合适,该工作点将出现在输出特性曲线的放大区,输出波形正常,如图2所示。
应用软件进行教学,呈现出一种全新的教学方式,能将抽象枯燥的知识变得生动形象,使课堂上很难完成的演示实验进入了课堂教学,快速准确地仿真演示静态工作点设置不合理的各种情况,不失真、截止失真和饱和失真波形生动形象,创设的丰富教学情景调动了学生各种感观,引导学生主动探讨问题,学生学习兴趣也调动了起来,有利于学生对知识的意义构建。学生自己通过给偏置电阻Rb赋不同值来观看放大电路的输入、输出波形并分析原因,学生很容易理解静态工作点合理设置的重要性,同时对放大电路工作原理也加深了理解。
2.2 利用软件加强演示实验教学效果,引导学生进入探究式学习
传统的课堂教学模式是黑板加粉笔,由老师书写、画图、讲解,学生听讲、想象、理解。在教学中经常要对电路的特性曲线、输入、输出波形等进行分析,通常这些分析要通过教师手工画图来完成,不仅效率低,而且精确度也差。碰到电路较复杂时,学生难免会失去耐心,分散注意力,影响听课效果。现在利用 Multisim 软件,先在计算机上做仿真实验,可以清晰快捷地再现实验的现象、参数、波形和曲线,观察“实验结果”,同时教师指导学生积极思考为什么会有这样的结果,然后带着问题听老师讲解电路原理。这样,学生由被动接受知识转为主动探求,教学效果有着明显的不同。由于 Multisim 是在计算机屏幕上模拟真实实验室的工作台,把实验室与课堂有机地融为一体,不仅能够直观、快捷地展示教学内容,而且还可以减轻教师教学的负担,提高教学的效率。
例2 反相器电路
如图5所示,这是使用运放uA741构建的一个反相器,要求分析其幅频特性和相频特性。
利用软件自动生成曲线,省去了传统教学中绘图的烦琐,而且手工绘图也达不到这样的精度。单击Simulate菜单中的Analysis命令下AC Analysis命令,在交流分析对话框中设置扫描起始频率为1Hz,终止频率10MHz,节点5为输出节点,分析结果如图6所示,由图知:电路的截止频率约为690KHz。
通过仿真实验得出的结论,比以往教学中教师在黑板上讲课的效果好得多,画电路、波形图、特性曲线省时省力,学生直观感受了“真实”实验环境,在上课的同时见识了实践模型,有助于对知识的理解。
3 结论
Multisim是 EDA 技术发展的产物。利用 Multisim 软件来辅助教学,是《计算机电子电路技术》教学的必然趋势。学习和研究它将有利于我们在实践工作中不断总结探索,解决传统教学中存在的弊病,弥补实验器材的不足,提高教学效率和质量,减轻教师负担,提高学生对电子技术的兴趣,拓宽学生的视野,培养学生的创新能力。
利用软件教学,可以促进教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革,为学生创造多样化的学习环境。同时借助多媒体获取学习的资源,能使学生逐步形成独立思考、主动探索的思维习惯,使学生在学习理论的同时,又能见习实践的模型,增强学生对电路的感性认识,培养了学生学习的能力。
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