LabView在模擬電子技術(shù)實驗中的應(yīng)用

李淑明 姜玉亭 李曉冬 蔡春曉

（桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004）

LabView在模擬電子技術(shù)實驗中的應(yīng)用

李淑明 姜玉亭 李曉冬 蔡春曉

（桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004）

模擬電子技術(shù)實驗是理工科電類專業(yè)非常重要的一門理論與實踐相結(jié)合的基礎(chǔ)實驗課程，在學(xué)生的培養(yǎng)中起到非常重要的作用。文章首先列舉LabView特點，然后通過實例分析和討論LabView在模擬電子技術(shù)實驗中單級放大電路實驗?zāi)K教學(xué)中應(yīng)用，讓學(xué)生能更好的理論聯(lián)系實踐，提高學(xué)生設(shè)計能力、分析問題和解決問題能力，從而提高實踐能力。

模擬電子技術(shù)實驗；LabView；實踐能力

1 引言

模擬電子技術(shù)是一門理論與實踐結(jié)合緊密的課程，模擬電子技術(shù)實驗作為高等理工科院校的電類各專業(yè)本科生必修的一門非常重要的基礎(chǔ)課程，既是模擬電子技術(shù)理論課程的實踐和應(yīng)用，又是后續(xù)專業(yè)課程的鋪墊和橋梁，還是訓(xùn)練學(xué)生基本實驗技能、培養(yǎng)工程意識和創(chuàng)新能力，以及提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)[1]。

現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)校都建設(shè)了軟件仿真實驗室，有了這些實驗室，學(xué)生可以在實驗室先對需要完成的實驗進行理論分析和研究，然后去硬件系統(tǒng)上進行硬件實驗，將硬件系統(tǒng)上測量的數(shù)據(jù)與軟件仿真獲得的數(shù)據(jù)進行比較和分析，這樣就更能加深理論學(xué)習(xí)和分析問題的能力。在這些軟件仿真實驗室中，LabView虛擬實驗室的優(yōu)點就尤為突出，其可以隨時使學(xué)生應(yīng)用儀器對實驗進行操作，真正做到理論與實踐詳解的授課方式，實現(xiàn)一邊上課一邊操作實驗，學(xué)生能現(xiàn)場操作儀器，馬上檢驗理論知識，強化了教學(xué)效果。學(xué)生還可以利用課余時間反復(fù)操作儀器，老師就不用擔(dān)心儀器被破壞了或者擔(dān)心安全問題。LabVIEW虛擬實驗室能夠復(fù)現(xiàn)電子技術(shù)實驗室的內(nèi)容，可以實時監(jiān)測實驗的動態(tài)情況和實現(xiàn)原理，為學(xué)生們提供大量的實驗機會。LabView虛擬實驗室的發(fā)展，對實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合有很大的幫助，不僅能提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，而且還節(jié)約成本。

2 LabView的概述

LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是[2]：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 LabVIEW軟件是NI設(shè)計平臺的核心，也是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的理想選擇。特點如下[2]：

（1）盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。

（2）可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器。

（3）用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。

（4）LabVIEW 是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。

3 LabView在模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

模擬電子技術(shù)實驗分為 8個實驗?zāi)K，本文主要介紹LabView在單級放大電路中的應(yīng)用，單級放大電路由NPN晶體管VT、集電極電阻Rc、基極電阻Rb1、Rp、Rb2、發(fā)射極電阻由Re1和Re2，耦合電容C1、C2和旁路電容C3組成，電源電壓為VCC。信號電壓經(jīng)電容C1耦合，由基極和發(fā)射極之間輸入。放大后的電壓Uo從集電極和發(fā)射極之間輸出，經(jīng)電容C2耦合至負載電阻RL。電路的結(jié)構(gòu)圖[3]如圖1。

圖1　單級放大電路原理圖

3.1LabVIEW實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)工作點計算

單級放大電路要工作在放大狀態(tài)，必須選擇合理的靜態(tài)工作點。通過LabVIEW的運算功能，就可以快速的計算出電路的靜態(tài)工作點，從而能直觀的判斷，晶體管的工作狀態(tài)。首先設(shè)計LabVIEW的前面板，前面板由輸入控件和輸出控件構(gòu)成如圖2，輸入控件用于輸入電路中的參數(shù)，顯示控件用于顯示計算的結(jié)果。后面板的設(shè)計如圖 3，利用LabVIEW中的條件結(jié)構(gòu)控制程序的流程，條件結(jié)構(gòu)相當(dāng)于C語言中的“if.....else”語句。通過一個按鈕控制選擇器來控制程序運行，在條件結(jié)構(gòu)里運用LabVIEW函數(shù)選板中的“數(shù)學(xué)-數(shù)值”，里的加減乘除按照以下公式的運算關(guān)系計算出基本放大電路的靜態(tài)工作點以及動態(tài)參數(shù)根據(jù)圖 1可以推斷出下列相關(guān)公式[3][4]：

圖2　輸入輸出前面板圖

圖3　單級放大電路程序框圖

3.2單級放大電路LabVIEW前面板設(shè)計

本文設(shè)計單級放大電路實驗的前面板由五部分組成，第一個部分是用來顯示共射放大電路的波形圖。第二個部分是電路的輸入?yún)?shù)設(shè)置，用來計算靜態(tài)工作點和動態(tài)工作點。第三部分是中間的數(shù)據(jù)結(jié)果的顯示，用來顯示靜態(tài)和動態(tài)工作點；第四個部分是用于選擇信號的采集通道，以及顯示所采集到信號的參數(shù)包括頻率、幅值。第五個部分是用來配置采集設(shè)備與電腦連接的串口信息和關(guān)閉程序運行，單級放大電路前面板如圖4所示。

圖4　單級放大電路前面板

3.3輸出結(jié)果分析

從圖5結(jié)果的波形圖可以看出，輸出的電壓比輸入的電壓放大了好幾倍，而共射單級放大電路有個特點，就是輸出電壓與輸入電壓的相位相反。但是從表面上看，并不明顯含三極管的集電極電流，似乎表明電壓放大倍數(shù)Au與晶體三極管的集電極電流大少無關(guān)。其實不然，因為三極管的動態(tài)電阻rbe與三極管靜態(tài)發(fā)射極電流（也可以表示為集電極電阻）IEQ有關(guān)，靜態(tài)電流IEQ增加時rbe變小，這導(dǎo)致電壓放大倍數(shù)的增大。因此一個共發(fā)射極放大電路的電壓放大倍數(shù)是和三極管的靜態(tài)集電極電流有關(guān)的，電流增加時，放大倍數(shù)也增加[3]。

圖5　單級放大電路輸出輸入波形圖

4 結(jié)束語

利用 LabView虛擬實驗體系[5]，只要一臺計算機，學(xué)生就能隨時隨地的對本次實驗的LabView實驗平臺進行設(shè)計，通過這個設(shè)計自主進行仿真實驗，從而提前對本次實驗理論知識進行研究，再與通過硬件系統(tǒng)實驗所獲取的實驗數(shù)據(jù)進行分析比較，從而達到提高學(xué)生分析問題、設(shè)計電路能力，進而達到提高實踐動手能力。

[1] 晏湧.模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)改革的探索與實踐[J].實驗室技術(shù)與管理,2012,29(4):288-290.

[2] 陳國順,張桐.精通LabVIEW程序設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012.

[3] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)第四版[M].北京:高等教育出版社,1999.

[4] 李淑明.模擬電子技術(shù)實驗·設(shè)計·仿真[M].成都:電子科技大學(xué)出版社,2010.

[5] 劉宏波.LabVIEW 在通信原理課程中的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2009,7(1):15-17.

Research on application of LabView in analog electronic technology experiment

Analog Electronic Technology Experiment is the basis of experimental electric Specialty important a combination of theory and practice in engineering, play a very important role in the students' culture, this paper include LabView characteristics, and then analyzed and discussed by example LabView single stage amplifier circuit experiment modules Teaching in Analog Electronic technology Experiment, to enable students to better integrate theory with practice, improve students' ability to design, analyze problems and problem-solving skills, thereby enhancing the ability in practice.

Analog electronic technology experimen; LabView; practical ability

TN710.9

A

1008-1151(2015)09-0154-02

2015-08-15

“電子技術(shù)實驗教材建設(shè)”（ZJW11060）；“基于超寬帶雷達電磁特征的隱藏人體目標(biāo)探測技術(shù)研究”（2013jjAA70025）。

李淑明（1973－），女，江西九江人，桂林電子科技大學(xué)教學(xué)實踐部高級實驗師，研究方向為數(shù)字圖像處理。