淺談仿真軟件在電子電路教學(xué)中的應(yīng)用

翁華萍

[摘 要] 利用仿真技術(shù)可以提高計算機(jī)快速準(zhǔn)確地進(jìn)行電子線路分析，不僅解決了實驗室儀器和元器件帶來的限制，同時也在一定程度上打破了時間與空間的限制。將分析仿真軟件在電子電路技術(shù)實驗教學(xué)、課程教學(xué)、課程設(shè)計中的應(yīng)用。

[關(guān) 鍵 詞] 仿真軟件；電路電子教學(xué)；輔助設(shè)計

[中圖分類號] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）14-0214-02

在電子工程方面，計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為該領(lǐng)域提供了很大的幫助，其中仿真技術(shù)的使用為電路設(shè)計和分析帶來了便利。電子技術(shù)是電子專業(yè)中基礎(chǔ)性課程，傳統(tǒng)的電子技術(shù)教學(xué)是將實驗和教學(xué)分開的，加上理論教學(xué)比較抽象，學(xué)生理解起來比較困難，在實驗課上更不會將理論轉(zhuǎn)化為實際操作，最終造成學(xué)生學(xué)習(xí)效果不理想。仿真軟件使用在電路教學(xué)中，可以實現(xiàn)快速地進(jìn)行電路性能分析，該技術(shù)可以為實際教學(xué)提供一個更加直觀的教學(xué)模式，從而提高電路電子教學(xué)的效率。

一、電路仿真軟件概述

目前，電路仿真軟件包括兩種：（1）是以Spice為主的電路仿真軟件，比如，ORCAD配套軟件中的PSpice軟件，它含有較多的元器件庫，可以對瞬態(tài)、電路直流的特性、交流特性的功能進(jìn)行分析，同時獲得較為精確的電路性能參數(shù)，將結(jié)果通過波形曲線或是文本的方式展示出來。而且PSpice可以實現(xiàn)功能參數(shù)掃描，分析元器件變化的參數(shù)給電路性能造成的影響，可以進(jìn)行最壞情況和蒙托卡諾情況分析。另外，這種仿真軟件也可以對實際生產(chǎn)中，分散性的元器件參數(shù)造成的分散性電路特性進(jìn)行仿真，從而總結(jié)電路分散特性變化的規(guī)律。（2）一種電子虛擬工作臺EWD，之后改革成為Multisim仿真軟件，這種軟件顯著的優(yōu)勢就是使用計算機(jī)建立一個虛擬的實驗環(huán)境，該軟件具有一種電子儀器，可以對多種電路進(jìn)行設(shè)計和分析，比如，函數(shù)發(fā)生器、示波器等，同時種顯示器件可以提供更加直觀性的電力實驗。另外，計算機(jī)電子仿真包括：系統(tǒng)級、電路級、物理級三個層次的電子仿真。在實際仿真實驗中，電路級仿真比較多，這種仿真環(huán)境需要元器件模型作為支持，將輸出的波形和仿真信號代替實際電路中的示波器和信號源調(diào)試，從而進(jìn)行仿真。

二、分析電路的仿真軟件基本方法

使用PSpice分析仿真電路軟件包括四個步驟。在仿真技術(shù)分析中，繪制電路的正確性是基本要求，對仿真參數(shù)和類型進(jìn)行設(shè)置，是進(jìn)行電路仿真的關(guān)鍵步驟，它關(guān)系到仿真的結(jié)果。使用Multisim進(jìn)行電路仿真分析，與PSpice基本過程類似，就是電路圖繪制中需要包括所有實驗用到的儀器，建立一個完整的實驗電路。在仿真數(shù)字電力或是模擬電路瞬態(tài)時，需要對電路實驗參數(shù)和類型進(jìn)行仿真，將虛擬電源打開，就可以進(jìn)入仿真狀態(tài)，之后得到仿真結(jié)果。電路仿真的基本分析步驟包括：（1）電路原理圖繪制；（2）設(shè)置仿真的參數(shù)和類型；（3）使仿真軟件PSpice處于仿真狀態(tài)；（4）顯示仿真結(jié)構(gòu)分析結(jié)果。想要使用PSpice仿真軟件輔助實際教學(xué)，需要對仿真電路語言進(jìn)行學(xué)習(xí)，就是PSpice語言，同時就是掌握電路仿真軟件的操作原理和方法。電路仿真技術(shù)包括元器件模型、參數(shù)設(shè)置、仿真軟件設(shè)計界面、定義變量、選項分析、電源描述等內(nèi)容，這些內(nèi)容可以結(jié)合視頻教程，讓教師和學(xué)生掌握仿真的操作流程。

三、仿真軟件在電子電路教學(xué)中的實踐

（一）電子技術(shù)課程輔助教學(xué)

在電路教學(xué)中使用仿真軟件，可以根據(jù)理論對該實驗進(jìn)行仿真，使教學(xué)更加生動，也能加強(qiáng)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的記憶，提高教學(xué)效率。例如，在分析正弦波振蕩電路時，該電源電壓是±12V，而且根據(jù)理論，如果滿足起振條件，而R2+R3+>2R1時，振蕩器會傳遞出正弦波信號。所以，在實際仿真中，隨機(jī)取5個R3值（見下表）進(jìn)行仿真研究。從PSpice仿真結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在R2+R3+>2R1>2R1，電路會出現(xiàn)振蕩情況，如圖1所示，如果正弦波信號輸出幅度大小和穩(wěn)幅時間與R3有很大的關(guān)系，這時可以得到會與二極管中的D2、D1產(chǎn)生穩(wěn)幅作用的結(jié)論。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，在B點（379.011，9.2282）和A點（372.717，9.1695）中，對正弦波振蕩器的頻率進(jìn)行計算：1/（0.379011-0.372717）=158.9Hz，這與理論分析一致。

（二）虛擬電子技術(shù)實驗教學(xué)

在電路實驗中是采取虛擬電子技術(shù)，通過計算機(jī)建立實驗華景，之后構(gòu)建電路，并分析電路的功能，從而達(dá)到理想實驗效果。在實驗過程中一般會用到仿真軟件中的阻容元件、電路數(shù)字門芯片、元器件庫中的晶體管等，還有儀器庫中的示波器、多個數(shù)字表、掃頻儀、信號數(shù)字發(fā)生器、邏輯分析儀等儀器，之后打開開關(guān)可以實現(xiàn)實物實驗測試。

與傳統(tǒng)實驗方法相比，虛擬電子技術(shù)可以實現(xiàn)實物操作，而且實物實驗參與性比較強(qiáng)，另外，電子仿真技術(shù)實驗可以結(jié)合計算機(jī)，提供快速準(zhǔn)確、直觀性的實驗，也能實現(xiàn)資源共享，這種新型的實驗教學(xué)技術(shù)，極大地提高了實驗教學(xué)的效率。

在Multisim環(huán)境下的計數(shù)器實驗案例。使74LS161計數(shù)器處于技術(shù)狀態(tài)，同時對時鐘參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將數(shù)碼管開關(guān)打開，這時就可以獲取計數(shù)器狀態(tài)以及輸出的進(jìn)位。之后對圖中的DBCA連線進(jìn)行調(diào)整，把計數(shù)器74LS16轉(zhuǎn)變成16進(jìn)數(shù)以下的任何數(shù)值。

（三）電子技術(shù)課程設(shè)計應(yīng)用

傳統(tǒng)的電子電路教學(xué)都是學(xué)生根據(jù)學(xué)到的知識進(jìn)行電路理論模擬，根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)計電路的規(guī)模和功能。而教師會一個一個檢查學(xué)生設(shè)計的電路是否符合預(yù)設(shè)要求或是預(yù)設(shè)的技術(shù)指標(biāo)，這樣不僅會增加教師工作量，同時也會出現(xiàn)很多遺漏或是差錯，進(jìn)而影響實際教學(xué)質(zhì)量。如果在課前進(jìn)行課程設(shè)計，使用電路仿真技術(shù)，這樣學(xué)生也需要搭建電路、準(zhǔn)備元器件等，只需要利用仿真軟件檢查電路的設(shè)計情況，同時也能隨時對電路結(jié)構(gòu)與參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到設(shè)計的目的，這樣也不會給實驗儀器造成破壞。使用仿真軟件可以讓學(xué)生自主進(jìn)行實驗設(shè)計，這樣才能加深學(xué)生對實驗的印象，從而提高教學(xué)效率。

使用仿真軟件幫助電子電路教學(xué)，可以及時驗證理論內(nèi)容，而且仿真軟件可以為實際教學(xué)提供虛擬電子技術(shù)，操作者可以根據(jù)自己的實際需求進(jìn)行仿真電路的調(diào)整，這些實際實驗提供了很大的便利。學(xué)生只需要掌握這種仿真軟件是怎樣操作的就行，實際操作比較簡單，同時達(dá)到的教學(xué)效果非常顯著。

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