摘 要:针对成人的电子技术课程教育存在学生底子弱基础差等诸多困难.论文在分析Multisim9仿真软件功能的基础上,提出了将Multisim9应用于电子技术课程教学中,构建理论教学、仿真和实践三个环节有机结合的崭新教学模式.通过Multisim9仿真,可以消除学生对课程的抽象感,激发了成人学生的学习兴趣,同时也提高了教学质量和学生的创新意识.实践证明,它对学生在模拟电子技术理论教学中学习电路的组成、工作原理和性能参数指标具有辅助作用,其教学效果和教学质量得到明显的改善.可以清晰地认识到:EWB电子仿真技术在成人电子技术教学中的广阔前景,利用计算机的电子设计自动化(EDA)也将是是今后电子技术实践教学的发展方向.
关键词:Multisim9:成人教育;电子技术:计算机辅助教学
中图分类号:TP391.1
文献标识码:B
文章编号:1673-1131(2010)04-032-04
引言
随着社会形势的发展变化,成人教育教学的难度越来越大.尤其是成人的电类基础课教学,究其原因,是由于教学对象、教学内容和教学形式的变化.如何适应这些变化,进一步改进我们的教学方法,提高教学质量,是摆在我们面前的一个崭新而又古老的课题.在新的形势下针对成人电子技术课程教学,可以采用新的方法和策略——计算机辅助教学.
计算机辅助教学是近年来兴起的现代化教学手段,它集图像、声音、文字、动画于一体,通过教师、计算机、学生之间的交互,完成各种实际的教学功能.计算机辅助教学可解决以往成人电类教育教学中的许多问题.例如:改善枯燥乏味的课堂单方演示教学,创建以学生为主体的自主学习的教学环境,调动学生的学习积极性:突出重点,突破难点;解决抽象问题,解决动态问题:扩大知识领域,激发创造性思维;创设良好的教学情境,激发学习兴趣等.
《电子技术》是一门实践性很强的电类基础课,若在学习理论知识的同时,辅助实验演示或实验,可以提高课堂教学效率,收到事半功倍的效果.随着EDA技术的发展.Multisim软件的出现,使实验室进入课堂成为可能.课堂上教师可以根据讲课需要,通过操作计算机,运行Multisim软件,模拟各种实验.并根据需要随意控制,使“实验结果”反复重现,使实验演示与教师的讲解同步进行;通过屏幕的展示,使一些抽象的概念形象化,将一些学习方法以动态方式图解:也可以由学生自己动手,运用EWB软件进行仿真实验,得到“实验结果”.在整个教学过程中,使学生自始至终都保持极高的学习兴趣r2lc3l论文范文].这样的教学模式生动活泼.调动了学生的学习积极性,加深了学生的理解和记忆,提高了课堂教学效室.
一、Multisim9软件
Multisim9(EWB的最新版本)是加拿大IIT公司(加拿大图像交互技术公司)被美国NI公司(美国国家仪器公司)收购以后推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作.它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力.相对于其它EDA软件,它具有更加形象直观的人机交互界面,特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样,但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色,几乎能够100%地仿真出真实电路的结果,并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器、波特仪(相当实际中的扫频仪)、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表.还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件,比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等.模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路.数字电路方面有74系列集成电路,4000系列集成电路、等等还支持自制元器件.MultiSIM9还具有I-V分析仪(相当于真实环境中的晶体管特性图示仪)和Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent示波器和动态逻辑屏蔽等.同时它还能进行VHDL仿真和Verilog HDL仿真.
可以使用Multisim9交互式地搭建电路原理图,并对电路行为进行仿真.Multisim9提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样成人学生无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计,这也使其更适合电子学教育.通过Multisim9和虚拟仪器技术.这样成人学生可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程.极大地提高了成人学生的学习热情和积极性.真正的做到了变被动学习为主动学习.这些在教学活动中已经得到了很好的体现.还有很重要的一点就是:计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进.
二、Multisim9在《电子技术》教学中的应用
电子技术课程主要分为模拟和数字两个大的模块,下面分别从这两个的方面进行举例分析说明Multisim9在《电子技术》教学中的应用.
数字电路与逻辑设计:数字逻辑电路 01 西安交大 零基础自学
2..1 Multisim9在模拟电子技术基础教学中的应用
Multisim9对于电路分析提供了十几种分析工具,本章介绍其中常用的7种:直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析,失真分析、噪声分析和直流扫描分析.利用这些工具,可以了解电路的基本状况,测量和分析电路的各种响应,其分析精度和测量范围比用实际仪器测量的精度高、范围宽.
2..1.1构造电路
为了分析电路的交流信号是否能正常放大,必须了解电路的直流工作点设置得是否合理,所以首先应对电路得直流工作点进行分析.在Multisim9工作区构造一个单管放大电路,电路中电源电压、各电阻和电容取值如图2.1所示.
2..1.2直流工作点分析
直流工作点分析也称静态工作点分析,电路的直流分析是在电路中电容开路、电感短路时,计算电路的直流工作点,即在恒定激励条件下求电路的稳态值.在电路工作时,无论是大信号还是小信号,都必须给半导体器件以正确的偏置,以便使其工作在所需的区域,这就是直流分析要解决的问题.了解电路的直流工作点,才能进一步分析电路在交流信号作用下电路能否正常工作.求解电路的直流工作点在电路分析过程中是至关重要的.
直流工作点的测试结果如图2.2所示.测试结果给出电路各个节点的电压值.根据这些电压的大小,可以确定该电路的静态工作点是否合理.
该电路直流工作点分析的结果如下:三极管的基极电压约为0.653V.集电极电压约为4.656V,发射极电压为oV.
如果不合理,可以改变电路中的某个参数,利用这种方法,可以观察电路中某个元件参数的改变对电路直流工作点的影响.
2..1.3交流分析
交流分析是在正弦小信号工作条件下的一种频域分析.它计算电路的幅频特性和相频特性,是一种线性分析方法.Multisim 9在进行交流频率分析时.首先分析电路的直流工作点.并在直流工作点处对各个非线性元件做线性化处理,得到线性化的交流小信号等效电路,并用交流小信号等效电路计算电路输出交流信号的变化.在进行交流分析时,电路工作区中自行设置的输入信号将被忽略.也就是说,无论给电路的信号源设置的是三角波还是矩形波,进行交流分析时,都将自动设置为正弦波信号,分析电路随正弦信号频率变化的频率响应曲线.
电路的交流分析测试曲线如图2.3所示,测试结果给出电路的幅频特性曲线和相频特性曲线,幅频特性曲线显示了3号节点《电路输出端)的电压随频率变化的曲线;相频特性曲线显示了3号节点的相位随频率变化的曲线.由交流频率分析曲线可知,该电路大约在7Hz—24MHz范围内放大信号,放大倍数基本稳定.且相位基本稳定.超出此范围,输出电压将会衰减,相位会改变.
2..1.4获取电压放大倍数
用示波器观察到输入波形与输出波形如图2.4所示.不难看出,输出电压与输入电压频率相同,相位相反,幅度得到放大.输出,输入波形的幅值分别约为Vo 等于994.790mV.Vi等于-89.686mV
因此电压放大倍数约为11.l.
2..2 Multisim9在数字电子技术基础教学中的应用
Multisim9为数字逻辑电路仿真提供了丰富的元器件模型,如时钟信号、各类门电路.组合逻辑电路、时序电路、混合电路等等.Multisim9还为数字电路仿真提供了品种齐全的虚拟仪器,如字符发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器等.利用逻辑分析仪和逻辑转换仪可分析数字电路的时序和逻辑关系,特别是利用逻辑转换仪可进行真值表和逻辑表达式之间的转换及逻辑表达式的简化.下面以多数表决器和交通灯为例.
2..2.1多数表决器
逻辑转换器提供以下6种转换功能:门电路转换为真值表、真值表转换为逻辑表达式、真值表转换为最简逻辑表达式、逻辑表达式转换为真值表、逻辑表达式转换为电路以及逻辑表达式转换为与非门电路.
下面以多数表决器为例,用逻辑转换仪产生真值表;真值表转换为最简逻辑表达式、逻辑表达式转换为电路以及逻辑表达式转换为与非门电路,如图2.5和图2.6所示:
2..2.2交通灯电路
建立交通灯如图2.7所示.该电路是个综合性电路,它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成.秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源,译码器输出两组信号灯的控制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作.控制器是系统的主要部分,由它控制定时器和译码器的工作.可以说是Multisim9的高级应用,通过编写控制器程序,控制两组交通灯显示,利用Multisim9不仅仅可以实现模电数电等电路,还可以利用其强大的器件编辑功能去实现各种复杂电路,并在电脑中虚拟,从而逐步培养学生对电子技术课程的学习兴趣.
三、结束语
从以上内容,我们可以看出:用Multisim9进行仿真时.其过程非常接近实际操作的效果.而用Multisim9进行仿真模拟课程设计有元器件选择范广参数修改方便、电路调试便捷、经济实用等优点,学生几乎可以不受元器件等客观条件的限制.不用担心设计实验失败的风险,从而极大地发挥了学生的主观能动性和创造性,并使整个的实验过程变得生动活泼、饶有兴趣.可见,学校成人电类教育教学应当以Multisim9仿真技术为突破口,迅速推广计算机辅助教学手段,充分利用计算机的诸多强大功能,实现教学形象化、多媒体化、各科的仿真技术化.并广泛运用计算机的各种软件功能制作多媒体课件,以取代原始落后的教学设备,彻底解决部分实践性环节教学难题,提高工作效率,降低教学成本,进一步提升教学质量,培养更多更好的新型实用人才.
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