模擬仿真技術(shù)在電子電工實驗中的運用研究

摘 要 實驗是電子電工行業(yè)十分重要的一個環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)實驗中，因為無法完全了解設(shè)備、動手能力受限、實驗步驟、實驗思路欠缺等因素，致使許多實驗無法成功。電子電工實驗是實驗人員提升實踐能力的一個主要途徑，不過一旦操作失誤，必然會損壞設(shè)備更甚至威脅實驗人員的安全，因此在實驗中應(yīng)用模擬仿真技術(shù)十分必要。本文首先對電子電工實驗中的模擬仿真技術(shù)做簡要的概述，然后探討了在電子電工實驗中應(yīng)用模擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢，最后探究了模擬仿真技術(shù)在電子電工實驗中的內(nèi)容及運用。

【關(guān)鍵詞】電子電工 模擬仿真技術(shù) 實驗

之所以要將模擬仿真技術(shù)運用到電子電工實驗中，這是因為模擬仿真技術(shù)會快速有效的處理好傳統(tǒng)實驗中出現(xiàn)的浪費資源、安全隱患、損壞設(shè)備等問題。在運用模擬仿真技術(shù)之后，模擬實驗所獲得的效果更為逼真。在電子電工實驗中運用模擬仿真技術(shù)，可以確保更為恰當(dāng)、科學(xué)的管理技術(shù)，進(jìn)而極大推進(jìn)了電子電工技術(shù)的發(fā)展，為電子電工領(lǐng)域向前邁進(jìn)創(chuàng)造條件。所以，模擬仿真技術(shù)應(yīng)用在電子電工實驗當(dāng)中不斷散發(fā)出正能量，同時也會為社會創(chuàng)造出更高的效益。

1 電子電工實驗中模擬仿真技術(shù)的概述

在電子電工領(lǐng)域中，虛擬電子實驗室在加拿大專家的努力下發(fā)明出來，人們通常把其稱為電子設(shè)計工作平臺，簡稱為EWB。在計算機(jī)中安裝虛擬電子實驗室只需占用計算機(jī)的15m的內(nèi)存空間。在設(shè)計EWB的過程中，在設(shè)計環(huán)境中灌注了全面設(shè)計理念，并且用戶界面具有簡潔性、安適性、直觀性，虛擬電子設(shè)備也十分完善。在電子設(shè)計工作平臺中，分析工具有14種、掃描分析工具4種、元器件模型八千多個，輻射面十分廣泛。用戶可以很方便的把原理圖信息錄入到系統(tǒng)，并且在電源接通后，能夠達(dá)到全方位仿真電路參數(shù)的目標(biāo)。在操控過程中，可以將電壓表、波特圖儀、頻譜儀、萬用表、示波器、函數(shù)發(fā)生器等設(shè)備和儀器引入到電路中。

在EWB中使用模擬仿真技術(shù)，可以更為有效、精確的觀測電路實驗中的現(xiàn)象，使其穩(wěn)定性、敏感度以及及時性都有所提升。并且在條件和參數(shù)改變時，可以觀察電路產(chǎn)生的變化。在精準(zhǔn)操控常規(guī)儀器的基礎(chǔ)下，能夠更快速地了解和掌握使用虛擬儀器的方法。在現(xiàn)實操作中，因為將與現(xiàn)實中幾乎相近的設(shè)備儀器和元件引入到EWB中，在觀測時操作平臺就與實物格局相同，操作最具真實性、便捷性。因為EWB中所存有各種各樣的元器件，這就有效解決了傳統(tǒng)試驗中沒有充沛、齊全設(shè)備的問題。

2 電子電工實驗中模擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 在電子電工實驗過程中的優(yōu)勢

在電子電工實驗仿真軟件擁有的設(shè)備儀器、元件同實體物件間幾近相似，所以能夠確保更為真實、直接的呈現(xiàn)出實驗結(jié)果。并且，在對各類設(shè)備、儀器、元件進(jìn)行操作時，遭受外部環(huán)境干擾和影響的幾率微乎其微，這就極大的提升了實驗的可行性，從而大幅度提升電子電工實驗的效率。利用演示仿真實驗整個流程，可以把實驗過程中很多概念性、抽象的事物變成直觀、生動、形象的事物，進(jìn)而在具體、形象的展示之后，就能夠在人們腦海中樹立直觀的印象和使感受更加貼切，為人們記憶、觀測、探究等提供了極大的便利。另外，在電子電工實驗中使用模擬仿真技術(shù)，不用與現(xiàn)實操作一樣去接觸強(qiáng)電，同時也無需展開元件安裝、焊錫等操作，這樣就不會發(fā)生在事物實驗中有可能出現(xiàn)的風(fēng)險，確保電子電工實驗的安全性。

2.2 在電子電工實驗成本中的優(yōu)勢

在電子電工試驗中使用模擬仿真技術(shù)，可以任意、方便的調(diào)用元器件庫中的各種虛擬設(shè)備、儀器，同時直接在模擬環(huán)境下展開操作和安裝，調(diào)試和分析相關(guān)電路。運用該種方法，有利于清晰實驗環(huán)節(jié)和脈絡(luò)，為人們提供便利的探究和分析空間，大幅度替身了實驗效率。因為在仿真實驗中所擁有的各種設(shè)備、儀器、元件等同實體間有極高的相近度，所以就測試結(jié)果而言，仿真模擬類實驗同實物實驗之間并沒有較大出入，兩種測試結(jié)果基本一致。故此實驗人員能夠獲得最為直觀、真實的體驗，這樣不但能夠節(jié)約購買實體的設(shè)備、儀器和元器件的資金，同時也在很大程度上使維護(hù)和管理實驗設(shè)備成本得到有效降低。這就說明，模擬仿真技術(shù)使用在電子電工實驗當(dāng)中，能夠大幅度提升經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 有利于培育實驗人員的創(chuàng)新能力

在仿真模擬實驗中，實驗人員可以以自己獨有的想法和個人掌握知識量為依據(jù)，嘗試著去創(chuàng)新實驗步驟以及設(shè)計出新的實驗，這不但有助新思路、新問題的發(fā)掘，同時能夠培育實驗人員的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造力。在傳統(tǒng)的實體實驗中，因為對十分昂貴的儀器設(shè)備存在著怕?lián)p害的心理，想要創(chuàng)新和嘗試的實驗人員，往往采取觀望的態(tài)度，即“有心無膽”。然而在仿真模擬試驗中，就可以不用顧忌損壞設(shè)備儀器的問題，進(jìn)而能夠積極的投入到電子電工實驗當(dāng)中。這為創(chuàng)新和發(fā)展電子電工實驗開辟了新渠道，同時還可以把形象的實驗呈現(xiàn)給實驗人員，使他們有更為深刻的領(lǐng)悟，進(jìn)而為掌握和了解相關(guān)技能、知識提供了條件。

3 模擬仿真技術(shù)下的電子電工實驗內(nèi)容以及運用

3.1 基于模擬仿真技術(shù)的電子電工實驗內(nèi)容

運用模擬仿真軟件對需要展開實驗的電路進(jìn)行理論分析時，首先把需要實驗電路的信息向電子電工虛擬實驗室中輸入，而輸入元器件的參數(shù)時應(yīng)當(dāng)輸入前面設(shè)計好的參數(shù)，然后運用模擬仿真軟件分析電路的靜態(tài)特性、動態(tài)特性、傳送特性和邏輯關(guān)系等電路特性，分析完畢之后再根據(jù)要求展開輸入或打印。運用溝通、合作對話、交換操控等方法確定電路最理想工作狀態(tài)時元器件的參數(shù)值，確定之后再根據(jù)需要展開輸出或者打印。

比如，在現(xiàn)實運用中，能以前面設(shè)計的實驗環(huán)節(jié)參數(shù)為依據(jù)，對比計算機(jī)輸出結(jié)果與實際電路測量狀況，找出兩者間的不同之處。調(diào)整參數(shù)之后，再運用模擬仿真軟件展開深入分析。該種形式是一種從模擬到實況，然后由結(jié)果至模擬結(jié)果的過程。在該過程中，能夠深入的認(rèn)識和理解電子電路基本原理，有利于培育實驗人員分析、處理問題的能力。運用模擬仿真技術(shù)，能夠把理論與實踐更完美、有機(jī)的結(jié)合起來，促使了系統(tǒng)化的理解和掌握知識。

在虛擬電子實驗室當(dāng)中，不但可以對數(shù)字、混合、模擬電路進(jìn)行仿真，而且還可以分析這些電路的性能。設(shè)置分析辦法時，應(yīng)當(dāng)充分運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和SPICE程序，同時創(chuàng)建元器件庫模型。實驗者設(shè)計完電路圖之后，再接通電源，在示波器中把電路中各種參數(shù)行讀出后，運用其余測繪儀來檢測和分析電路中被測試的數(shù)據(jù)，最后輸出結(jié)果后同理論結(jié)果相比較。假若模擬實驗的結(jié)果同實際結(jié)論間有很大區(qū)別。就應(yīng)當(dāng)再對輸入的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，修正有關(guān)數(shù)據(jù)后，再次輸入結(jié)果，使得出的結(jié)果更為精準(zhǔn)。

3.2 在電子電工實驗中運用模擬仿真技術(shù)

目前的模擬仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛運用到電子電工實驗中，大量實驗人員對該種新興科技有濃厚的興趣。就設(shè)備、儀器和元件而言，模擬仿真技術(shù)與實物間只有輕微的差異，所以有利于實驗人員更為精準(zhǔn)、直接的觀測和學(xué)習(xí)。此外，應(yīng)用模擬仿真技術(shù)，有效地解決了因為實驗人員不熟悉傳統(tǒng)實驗而浪費資源的問題。確保實驗人員能夠更為便捷、安全的展開實驗，當(dāng)前模擬仿真技術(shù)應(yīng)用在大量的電子電工實驗中，使電子電工實驗的可行性大增。

基于模擬仿真技術(shù)的電子電工實驗，可以運用人機(jī)對話方式，使每位實驗人員親自加入到實驗的整個過程中去，親手設(shè)置各種參數(shù)、安裝相應(yīng)元器件以展開各種操作，并且運用模擬仿真實驗展開分析與測驗，然后再將實驗結(jié)果同理論結(jié)果相比較。如果兩個結(jié)果有較大出入，可以返回到實驗中去，實時的更動、調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)，同時仔細(xì)觀測電路是怎樣的變化過程，這樣就能夠找出結(jié)果出現(xiàn)較大差別的原因，以及探討出它們之間的關(guān)系。另外，模擬仿真實驗還對很多理論知識做出論證，進(jìn)而能夠促使實驗人員深入了解有關(guān)知識。

4 結(jié)論

總之，在當(dāng)下的電子電工行業(yè)當(dāng)中電子電工實驗是一項不可或缺的研究措施，仿真模擬技術(shù)運用在電子電工實驗中，為電子電工實驗的深入發(fā)展創(chuàng)造了條件，有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電子電工實驗中的不足?；谀M仿真技術(shù)的電子電工實驗平臺構(gòu)建，有效的提升實驗效率、避免了安全風(fēng)險的發(fā)生，培育實驗人員的創(chuàng)新能力，所以模擬仿真技術(shù)為電子電工行業(yè)向前邁進(jìn)提供了技術(shù)支持。

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作者簡介

王嫣（1981-），女，河北省唐山市人。碩士研究生學(xué)歷?，F(xiàn)為河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。主要研究方向為應(yīng)用電子技術(shù)。

作者單位

河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 河北省石家莊市 050026