电子仿真教学范文

电子仿真教学范文（精选12篇）

电子仿真教学 第1篇

一仿真教学法在电子商务教学中的重要性

电子商务这一专业由于其岗位特点, 在课堂教学中遵循的是职业岗位“供应链”原则, 即将专业的知识与实践的技能相互整合, 其中的重点就是注重两者的和谐统一。仿真教学法能很好地达成上述要求, 为学生创建一个良好的学习体系, 推动其专业素养的不断提升。教师在仿真教学法的实施过程中, 能够根据课堂的具体需要构建仿真场景, 场景的构建不仅能调动学生的学习积极性, 还为学生积极主动地进行探究式学习提供了客观条件。通过仿真教学法, 学生能够在课堂中更好地理解理论知识, 并将学习到的理论与实践中的应用结合起来, 这样不仅巩固了重点知识, 同时也让学生拥有了一定的实践经验, 提升了其技能的熟练度, 为其日后的就业打下了基础。

二仿真教学的具体开展

在电子商务课程仿真教学法的开展过程中, 可根据具体课程的具体内容, 将教室的布局进行改变。如依照企业的办公场所, 让学生体验正在企业中处理相关业务。依照职业岗位“供应链”原则, 让学生在理论知识的指导下开展“工作”, 达到实践的目的。根据教学目的的不同, 通常能进行以下三类仿真教学:

1. 模拟式仿真教学法

模拟企业的办公环境, 教师在课堂上讲出开展仿真教学的具体情境, 并为学生提供解决问题的思路, 让学生将教师叙述的内容具体操作出来。之后教师指出其操作过程中出现的失误并讲解, 告诉学生避免出现此类失误的方法, 并让学生在操作之后总结在“工作”过程中得来的经验或教训。在模拟仿真课堂上应让学生尽量适应不同的职位, 充分了解不同职位的工作特点。

2. 开发式仿真教学

即在仿真教学过程中完成对学生智力以及其他能力的开发。具体的实施中让教师构建一个虚拟场景, 给出电子商务活动进行时遇见的问题, 但不给学生提供解决方案, 让学生自主探究, 寻求问题的解决途径。让学生在虚拟场景中独立思考, 充分发挥自身的主观能动性, 最终得出一种或几种解决问题的方案, 随后教师进行讲解工作。

3. 创业式仿真教学

教师在虚拟场景中为学生提供电子商务行业的发展历程以及未来的发展趋势等信息, 让学生对这些信息进行筛选, 最终找出电子商务中有发展潜力的部分, 并能从中寻找创业机会。此种方式是为对学生的未来创业提供思路。

三仿真教学法的开展流程

仿真式教学法实施的过程中, 教师起到的作用是不容忽视的。在教学过程中, 教师应对自身起到的作用有所了解, 并将自己对学生的指导作用充分地发挥出来, 课程的开展要依照提供信息、提出问题、完成总结的方式进行, 达成对学生最佳的训练效果。

1. 设计仿真教学场景

在场景设计过程中, 教师必须对自己本次课程的教学目标有明确的定位。以教学目标为基准进行仿真场景的设置。设置的场景必须让学生有一定的兴趣, 并能与课堂教学内容有机地结合起来, 体现出理论课堂内重点知识的同时, 也要与企业实际场景相符。

2. 将学生引导至虚拟情境中

在仿真课堂刚投入实践的时期, 学生对于各类虚拟场景有一定程度的好奇心, 这会影响到学生全身心地投入到课堂中来, 此时教师应给予学生适当的引导, 首先让学生能从场景的构造中获取一些有用的信息;然后教师针对场景提出问题, 引发学生的思考;之后让学生展开讨论, 并在讨论中得出有用的结论;最后教师针对学生的讨论结果进行分析, 并讲解出正确的问题解决方法。在此过程中需要注意的是, 教师对学生的想法不能予以完全的否定, 应多使用鼓励的语气, 与学生商讨更好的方法。

四结束语

由于仿真式教学法的自身特色, 其在电子商务教学中的应用前景十分广阔。仿真式教学能在一定程度上突破客观条件的限制, 让学生更早地接触到电子商务类工作的具体内容, 对传统课堂教学过程中存在的问题能很好地解决。让学校培养出综合素质高、实践能力强的复合型人才。

参考文献

[1]刘晓文、于瑾.ABMS建模仿真方法在电子商务教学中的应用探析[J].电脑知识与技术:学术交流, 2011 (7)

电子仿真教学 第2篇

1 教学改革的发展状况

电子电气类课程的传统教学采用“先理论,后实践”的教学方法,即先在教室进行理论教学,然后在实验/实训室进行实践教学.这种教学模式的弊端是显而易见的,枯燥的理论课程让学生很快失去了学习兴趣.由于学生前面的理论知识没有掌握好,所以后面的实验教学也难以收到好的效果.

近十年来,随着经济的发展以及国家对高等院校大力支持使得实验室建设得到了很大的发展.在应用型本科院校和高职高专院校中,广泛开展了理实一体化的教学改革.理论教学与实践教学相互交叉进行,将理论知识应用于实践,实践的结果反过来又促进学生对理论知识的理解.这种教学模式确实激发了学生的学习兴趣,锻炼了学生的动手操作能力,收到了很好的教学效果[1,3].但这种理实一体化教学要求学校购买足够的实验设备以保证正常的教学.虽然国家给予一定的资金支持,但学校仍面临巨大的财政压力.因此实际中通常只有少数课程能够开展这样的一体化教学.再者,实验过程中的耗材、实验设备的.维护等需要耗费大量的人力物力.所以这种理实一体化的教学改革投入成本高,难以全面普及,大部分课程仍继续采用传统的教学模式.

2 专业仿真软件

近十多年来,电子电气类的仿真软件得到了快速发展.出现了许多能够专业仿真软件,极大地改变了许多相关课程的学习方式.以前需要在硬件实验平台上完成的实验,现在可以在这些软件中进行仿真进行模拟或实验.因此仿真实验不仅极大地节省了开支,还可以灵活地改变各种参数、模拟各种情况下的实验.

3 教学案例

在多媒体教室内授课的情况,分别以电工基础和单片机课程为例,来说明专业仿真软件的应用.

3.1 电工基础课程电工基础课程是电气类及机电类专业的专业基础课,是学生学习其它专业课程的基础,其特点是理论性和实践性都非常强.学生不仅需要理解相关重要定律和定理,并能正确地完成相应计算,还需要在实际中能正确运用所学知识.这使得学生在学习本门课程时,感到难度很大,尤其是学生对初高中物理电学知识掌握欠缺的情况下,更是如此.

以基尔霍夫定律的讲解为例.教师采用多媒体电脑,在 Protues软件中设置如图1所示的验证电路.图中三个支路上的电流表分别显示各支路中的电流值,每个元器件上电压也一目了然.引导学生来分析电路图,先计算电流.如果按照流入电流为正,流出电流为负 (反之亦可),电流的代数和为零;然后再计算右边回路各元器件的电压代数和也为零.所以可以很容易得到节点电流定律.修改电源电压和电阻的阻值,来验证结论是否正确.这样的仿真实验,能够有效弥补板书教学形式的不足,使学生更容易明白相应知识点,并激发学生的学习兴趣.

3.2 单片机课程学生普遍感觉单片机课程的理论抽象难懂.我们开发了基于Pro-teus和Keil软件联合仿真的一系列单片机项目化教程,旨在帮助学生学好本门课程.图2是80C51单片机控制一个LED的实验电路.笔者的教学思路是:首先点亮该LED,然后让其闪烁.在此过程中学习指令.再者,增加一个按键来点亮和熄灭该LED.陆续引出有关指令的学习,这样的教学方法可以收到良好的教学效果.

4 对教师的要求

但采用仿真教学方法也对授课教师提出了较高的要求.除了对课程内容熟悉之外,教师还必须学习仿真软件的使用以及设计仿真实验,把课程内容融入到仿真实验之中.上课内容以仿真实验的形式出现,通过每个实验的学习,要求学生掌握哪些新的知识,教师必须提前做好规划.还要注意分散课程的重点与难点.在每一个实验中,引入的新知识点及重难点要适量.实验讲解完毕后,带领学生进行归纳总结引导学生举一反三,并鼓励学生自行尝试实验.实验系列的设计要注意前后的衔接性,后续的实验则以在前面实验中所学过的内容为基础.实验设计要遵循由简单到复杂、由浅入深的原则.所以设计一系列仿真实验并非易事,需要教师们反复讨论与交流.另外,教师应引导学生熟练两款软件的使用,鼓励学生自己去设计一些仿真实验.

5 总结

本文以电工基础和单片机课程为例,说明了专业仿真软件在电子电气类课程教学中的方便性和重要性,其目的是提醒教师要重视此类仿真软件在教学过程中的应用,以提高教学效果.

参考文献

[1] 张士磊,孟昕元.创新实践型人才培养的实验教学改革与探索[J].实验科学与技术,.

[2] 成凤敏.电工电子课程的理实一体化教学模式[J]. 黑龙江科技信息,.

电工电子虚拟仿真教学资源建设探索 第3篇

摘 要：虚拟仿真在电类专业人才培养中占有重要地位，相关资源是新时期教育信息化建设的核心内容。围绕全校电类课程实践教学公共平台，从实验、实习、课外创新与网络共享等方面，对各类虚拟仿真教学资源的建设作了介绍，通过虚拟仿真教学资源推动信息化建设，虚实互补提高教学质量，探索国家级虚拟仿真中心创建之路。

关键词：信息化；虚拟仿真；教学资源；实践平台

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2014）21-0045-03

一、引言

根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，国家级虚拟仿真实验教学中心已成为未来高校信息化建设的主要方向。广州大学电工电子实验教学中心（下称“中心”）作为省级示范中心，建有涵盖实验—实习—课外创新的电类公共教学平台体系，是全校共享的电类专业基础实验室、以及实践和创新基地，在信息化建设方面取得了较大进展。

虚拟仿真是电类学科基本的设计开发与教学工具，相关资源是中心信息化建设的重点。长期以来，中心以“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”为指导思想，校企合作研发与共享先进相结合，根据应用创新人才培养目标，紧贴教学需求推进相关资源建设，进行教学改革与创新，虚实结合相互补充[1]，建设了虚拟仿真实验教学中心。

二、教学资源建设

目前中心已投入教学的虚拟仿真资源大体分为四类：设计开发类、教学展示类、Android移动应用、以及开放式网上虚拟实验，实现了实验—实习—课外创新的全平台覆盖[2-4]（如图1）。开设虚拟仿真实验的课程19门，出版教材4本，编写实验讲义15本，中心的实验教学水平实现质的飞跃。

1.构建实验仿真平台，提高综合设计能力

设计开发类仿真软件是电类实验基本的辅助开发工具，起步早，种类多，开设课程多，已投入实验教学的主要有5种，解决了电类学科实验教学部分项目真实实验难以实现、耗材消耗大、设计效率低、设备成本高、尤其是综合设计性实验开展难等问题（如表1）。

2.建设网上虚拟实验室，提高自主学习能力

为了解决课外自学、实验预习及其效果评价、师生互动、数据分析以及教学管理等问题，中心与企业联合开发了开放式网上虚拟实验室，解决了公共基础课的全天候开放式自主学习难题[5]，教研也有了依据，中心教学水平得到质的提高。

学生通过网上虚拟实验平台，利用虚拟元器件与仪器设备搭建电路、调节参数和测量数据，从而进行实验预习与自主实验，不受时空限制，且具智能提示、自动批改、信息发布、数据收集分析、互动交流、成绩评定、成绩发布功能，老师更能掌握学生的预习情况，进行教学演示以及互动答疑等操作，帮助老师从重复性劳动中解脱出来多做创造性劳动；历史数据使后期数据挖掘有了依据，增强了讲课针对性，便于不断优化教学，鼓励老师将更多精力投入到教学研究工作中，提高了教学效果。

已用于5门电类基础实验课：电路、模电、数电、高频、电工电子学，受益专业9个。

3.完善实习虚拟平台，提升工程实践能力

电工电子实习是大部分工科专业的工程实训环节，为了解决部分项目成本高、危险、污染、综合训练难等问题[6]，校企合作研发了教学展示类虚拟仿真资源，采用3D技术，给人身临其境的沉浸式体验，辅助实体训练项目，方便学生预习和教学演示，提高实习效果，其沉浸感、交互性和重复性优势可用于解决电类领域传统教学中微观、抽象、污染或高危过程的展示问题（如表2）。

4.打造课外实践虚拟平台，提高创新能力

（1）虚拟仿真促进跨学科协同创新

中心利用教学资源全校共享优势，创建了跨学科实践创新开放平台，采用Arduino+Android开源软硬件集成一体化虚拟开发环境，每年选拔一批大一学生，构建若干光机电算设计等一体化项目组，结合虚拟仿真技术开设了系列培训课程，如智能车硬件设计（Altium Designer）、AVR与智能车（Proteus）、移动物联网设计（Arduino+Android）等，提供先进、热门的智能赛车原型，指导学生进行以任务为导向的创意机器人或飞行器设计，建立了AB班进退机制，培养学生的团队合作精神和科研、动手、交流沟通能力，提高了学生的跨学科应用水平。

（2）虚拟仿真方便赛事选拔

依托中心的创新基地，开设了校级科研竞赛创新班，建设了专门的虚拟仿真室和开放室，虚拟仿真的引入，减少了创新班系列课程对设备和耗材的消耗，更为中心赛事组织和学生选拔工作带来了便利，中心通过赛事门户网站和虚拟仿真软件进行预赛，大量虚拟资源通过网站共享，解决了场地依赖问题，赛事过程更容易控制，减少了耗材和人力消耗，决赛时才用实体作品，解决了大规模竞赛的组织、环境、人力和经费等难题。

三、建设虚拟中心网站，扩大资源共享

中心门户网站是信息化建设和资源共享的窗口（如图2）。中心发挥虚拟仿真类教学资源易于网络共享和维护更新的优势，建设了大量虚拟仿真资源，利用门户网站开展网上虚拟实验、网络课程、开放预约、实验管理、赛事组织、论坛交流和青少年科普，服务我校师生及社会，发挥教学资源的延伸作用，突破了时空的限制[7]。

中心通过网站实现了4门网上虚拟实验课程、24门校级网络课程、9门虚拟仿真课件和7种Android虚拟仿真应用的网络共享，提供了约46GB的网络虚拟仿真学习资源，学生可在线预习实验内容、了解实验过程，试做虚拟实验，提供了智能指导、自动批改和信息查询等特色功能，在课外自主学习的过程中，可与教师通过学习论坛互动交流。目前已有5个学院的12个专业使用这些虚拟仿真资源进行自主学习，年约8000人次。

四、结论

虚拟仿真教学资源是未来教育信息化建设的主要方向，也是高校实验教学示范中心建设的重要内容，围绕电类实践教学的需求，进行了各类虚拟仿真教学资源的建设与网络共享，取得了阶段进展；必须看到，虚拟仿真教学资源的建设是一个不断完善的过程，长期投入较大，除了建设校级公共实践平台提高共享效益，探索校企共建共享持续发展的新道路，将是未来建设国家级虚拟仿真实验教学中心的新课题。

参考文献：

[1]张家港职业教育中心.虚拟仿真技术助推学校信息化建设[J].中国教育信息化，2013（15）：43-43 .

[2]曲伟，邱成军.电工电子实验教学中心实践教学体系建设与实践[J].实验室研究与探索，2010，7（29）：216-218.

[3]李安，周南润，王玉皞.通信工程国家级特色专业虚拟实验室建设与实践[J].实验室研究与探索，2013，1（23）：150-154.

[4]虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验技术与管理，2013，7（30）：94-97.

[5]郑炜，齐幼菊.面向成人教育开放式虚拟实验平台的设计与应用[J].现代教育技术，2013，6（23）：116-119.

[6]黄登红.机电一体化专业虚实结合实训模式应用研究[J].中国科技信息，2013，（12）：161-163.

[7]白春章，关松林.信息化教学资源共建共享机制研究[J].中国教育学刊，2013，6（23）：59-63.

采用电子仿真软件课堂教学的探索 第4篇

关键词：电子仿真,课程教学,教学探索

一、EWB仿真软件的简介

应用EWB软件于课堂教学可以对模拟、数字或混合电路进行仿真。该软件的特点是采用直观的图形界面, 在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台, 用屏幕抓取的方式选用元器件, 创建电路连接测量仪器。使用虚拟测试仪器对电路进行仿真实验如同置身于实验室使用真实仪器测试电路, 既解决了购买大量元器件和高档仪器的难处, 又避免了仪器损坏等不利因素, 同时可以帮助学生更好地掌握课堂教学内容, 加深对概念、原理的理解, 通过电路仿真, 进一步培养学生的综合分析、开发设计和创新能力。

二、引入EWB软件课堂教学的探索

1、传统课程教学存在的问题

从教师的教学过程来看, 传统的课堂理论教学主要以灌输学科知识为主, 学生的学习主要是停留在书本上和课堂教师的讲解上, 过多的倚重书本的学习和课堂的学习。教师的教学目的是让学生能够重复这些内容, 并尝试使用这些知识去解决日常生活中发生的比较复杂的问题。带领学生进行实验, 在实验过程中的错误操作会导致数据不准确从而失去了实验的本来意义, 有的甚至可能导致元器件、设备损坏, 增加了学校教学资金的投入。同时现在中等职业学校的学生基础千差万别, 不同层次的学生对知识的理解和认识程度也不同, 他们的思考方式、学习需求、学习优势、学习风格也不一样。学生的学习客观上存在着个体差异, 不同的学生在学习同一内容时, 实际具备的认知基础和情感准备以及学习能力倾向不同, 决定了学生对同样的内容的学习速度和掌握程度及所需要的帮助不同。而传统的课堂教学一般采用的是统一的教学计划、教材, 讲授的是相同的内容, 这样就不能很好地解决这个问题。

2、引入EWB软件教学的优势

在教学中引进EWB软件可以让学生直观地看到电子电路工作的实际效果, 测量电子电路的有关参数, 激发学生的学习兴趣, 有利于学生对电路的认识、理解。同时利用仿真软件进行教学符合学生认知规律, 从简单到复杂、从局部到整体。现代教育心理学研究指出, 学生的学习过程, 不仅是一个接受知识的过程, 而且也是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程。这个过程一方面是学生产生各种疑问、困难、障碍和矛盾的过程, 另一方面是展示学生聪明才智、形成独特个性与创新成果的过程。在这种情况下, 如果统一的安排学生去完成相同的任务就不能很好地做到因材施教, 采用仿真软件就可以很好解决这个问题, 而且大大地调动了学生学习的主观能动性。

利用仿真软件如EWB软件进行电路设计教学, 可以大大提高教学效率。通常在设计电路时我们需要使用面包板或制成印制电路板来连接元器件, 但是学生在电路设计的初期往往由于对电路特性的不太熟悉经常需要更换元器件的参数或更改连线, 这就需要我们不断地在面包板上或印制电路板上去调换元器件, 这个工作非常的繁琐, 而且容易造成元器件的损坏和浪费。同时, 平常带领学生去做实验时, 实验前准备实验材料和设备, 实验中拼插、焊接实验元器件、使用实验设备、实验后清点实验材料, 以及日常维护实验器材等工作常常耗费了大量人力和财力。

3、采用EWB软件教学存在的不足

从上面的分析不难看出, 采用EWB软件教学具有一定的优势, 但从目前中等职业学校的学生来看, 仿真软件应用于教学同样存在一些不足。比如要想利用这个软件首先要求学生要具有一定的计算机基础知识和一定的计算机操作能力, 而且由于一般的计算机仿真软件都是由国外公司开发的, 所以许多的应用软件的操作界面是英文, 这就要求学生要想独立地使用这个软件, 就要有一定的英语知识, 能够看懂命令, 即使可以使用一些汉化工具进行汉化, 处理成为中文界面, 但也由于中西方语言的不同或者是翻译的专业所限制, 有些术语的翻译不同。这就使要想让每位学生独立地利用这个软件分析、设计电子电路存在困难, 所以目前大部分只是局限在教师的课堂教学中, 对学生实际地动手操作能力还存在限制。另外, 该软件采用的是北美 (ANSI) 标准, 而不是我国国家规范, 即使目前推出的版本中的欧洲标准与我国使用的很近似, 但软件中的一些元器件或零件, 它们的符号或者标识与我们给学生讲授的仍存在一定的差异, 对现在的中职学校的学生掌握相应的电子知识有了一些障碍。

三、结束语

电子仿真教学 第5篇

基于 multisim 的虚拟仿真软件在数字电子技术 教学中的应用 孙晓艳

(无锡职业技术学院工业中心 , 江苏 无锡 214121 摘要 :虚拟教学和虚拟实验是未来高等教育中最具优势、最具发展潜力的一项技术 , 尤其是在高职院校进一步加强网络基础建设、数字 化建设以及信息化教学的背景下 , 借助基于 multisim 的虚拟仿真软件有利于教师不断完善教学内容 , 提高教学效果 , 开发学生的创造潜 力。就这一软件在数字电子技术课程中辅助电子技术理论教学、补充实验设备不足、提高课程设计质量、渗透素质教育等方面作了有益 地研究与探索。

关键词 :虚拟实验;multisim;数字电子技术 中图分类号 :G642.0 文献标识码 :A 文章编号 :1672-545X(200711-0152-03 “数字电子技术” 是电子、通信、计算机、机电等类专业的 重要基础课。长期以来 , 课程的主要任务一直强调数字集成电 路内部电路的设计方法与分析方法的研究 , 与高职专业更注重 学生掌握各种数字集成电路器件的外部特性与实际应用的培 养目标相违背。因此 , 如何从高职教育的特点出发 , 紧跟数字技 术的发展 , 搞好课程的教学改革 , 提高教学质量 , 是教学中一个 十分重要的课题。按照这种思路 , 在教学中引入基于 multisim 的虚拟仿真软件 , 本文就这一软件在数字电子技术课程

中辅助 电子技术理论教学、补充实验设备不足、提高课程设计质量、渗 透素质教育等方面作了有益地研究与探索。

1基于 multisim 的虚拟实验系统的特点

虚拟实验是一种用虚拟仪器、设备代替传统的实验仪器和 实验设备进行实验 , 对实验结果的性能和实验过程中产生的 “虚拟电路或设备” 进行预测和评价 , 从而缩短实验操作时间和 设计周期 , 降低实验成本的技术。

在数字电子技术课程中实现虚拟实验的关键技术是必须 有一套交互性强、开放度高、易操作的设计软件。虽然实现这一 功能的软件很多 , 但考虑到高职数字电子技术课程教学内容 多 , 学时紧的特点 , 选用了加拿大 Interactive Image Technologies 公司推出的电路仿真与绘制软件 M ultisim , 其具有以下特点 :(1 采用直观的图形界面创建电路 :在计算机屏幕上模仿 真实实验室的工作台 , 绘制电路图需要的元器件、电路仿真需 要的测试仪器均可直接从屏幕上选取;(2 软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似 , 可以实时显示测量结果。

(3 软件带有丰富的电路元件库 , 提供多种电路分析方法。(4 作为设计工具 , 可以同其他流行的电路分析、设计和制

板软件交换数据。

(5 还是一个优秀的电子技术训练工具 , 利用它提供的虚 拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验 , 仿真电 路的实际运行情况 , 熟悉常用电子仪器测量方法。

随着高校网络基础建设、数字化、信息化建设的步伐 , 学生 对 M ultisim 软 件 的 运 行 环 境 Windows98/2000/xp 等 都 很 熟 悉 , 因此学生已具备学习和使用 multisim 的基础知识。

2数字电子技术课程教学的现状

目前在全国范围内开展的示范院校的建设过程 , 正是推进

高职教育教学改革发展、催人奋进的一种机制。因此 , 在数字电 子技术课程的设置、整合、内容的精选和组织教学方面应坚持 “两个相适应” 为原则 , 即课程的设置与岗位技术应用能力或实 物操作能力培养相适应 , 深度与大专层次的高等技术应用型人 才相适应。理论知识突出必备的基础和应用性 , 不刻意强调系 统性而侧重适用性和针对性;不强调繁杂的理论推导而侧重应 用能力的培养 , 取得了较好的教学效果 , 但也发现学生在学习过程中存在以下问题 :(1 理论教学过程中 “教学练” 有待加强 在理论教学中 , 如果

“教” 只是传统意义上的老师在黑板上 一味灌输知识那种填鸭式的教学 , 在教学的全过程中教师就很 难充分调动学生的主动性 , 突出受教育者的积极参与 , 按照传 统的教法 , 往往大半学期过去了 , 学生只知道各种数字器件的 名称和内部电路原理 , 但不清楚学了有什么用 ? 更不知道如何 用这些器件组成数字电路系统。因为缺乏一个 “练” 的平台 , 这 里的 “学” 也仅仅是学会老师所教的知识 , 而更重要的学习的方 法 , 自学能力的提高 , 学生独立思考能力和创新能力的培养却 存在一定程度的缺失。

152 《装备制造技术》 2007年第 11期(2 实验教学有待加强

在数字电子技术实验教学中 , 传统的教学方法是要求学生 完成某一典型电路的验证 , 其内容、步骤、电路、仪器等都是事 先安排好的 , 学生只须按照实验指导书安排的顺序就能完成实 验 , 或者即便学生有不同的思路 , 但因受实验条件限制也无法 开展实验。这样造成的结果是限制了实验内容和形式的丰富多 彩 , 通过实验

学生虽然能够学会一些仪器的使用和操作技能 , 但这样的实验结果和实验报告往往是千篇一律、大同小异 , 不 能真正提高学生分析问题、解决问题的能力 , 也难以激发他们 的求知欲和创新精神。

(3 课程设计时学生的设计思想很难达成

在传统数字电子技术课程设计中 , 要耗费很多时间来分析 和搭建电路 , 然后用相应的测试仪器进行测量 , 这样设计开发 时间长、效率低 , 一旦出错 , 往往要重新更换元器件 , 参数修改 也不方便 , 不利于设计者高效完成设计思想。

针对以上情况 , 数字电子技术课程改革以课堂和教师为中 心的传统教学组织形式 , 根据高职数字电子技术课程的特点 , 在教学过程中引入 M ultisim 软件 , 把学生的理论知识学习、实 践能力培养和综合素质提高三者紧密结合起来。

3基于 multisim 的虚拟实验系统在数字电子技术教 学中的应用研究 在数字电子技术课程中引入 multisim 的理论基础是建构 主义学习理论 , 建构主义认为 , 知识不是通过教师传授得到 , 而 是学习者在一定的情景即社会文化背景下 , 借助其他人(包括 教师和学习伙伴 的帮助 , 利用必要的学习资料 , 通过人际间的 协作活动而实现的主动构建知识意义的过程。“情景”、“ 协作” “会话”、“ 意义建构” 是学习环境中的四大要素。

下面以基于 multisim 的虚拟实验系统在数字电子技术教 学中的具体应用为例说明 :(1 有助于创建丰富的学习情景及 “教学练” 相结合 情景是建构主义学习环境的首要内容 , 情境设计是创造与 所学知识和技能主题相关的 , 能促进与支持学生学习的尽可能 真实的环境 , 为学生自主学习创造条件。数字电子技术是一门 实践性较强的课程 , 在教学中要创设 “情景” 一般只是采用课堂 演示实验 , 但通常在高职院校中可能会遇到实验仪器匮乏、电 路受温度等环境影响大等困扰 , 造成失真或仪

器精度直接影响 教学效果等情况 , 而利用 multisim 软件实际电路作为一种真实 表现电路工作状态的开放灵活的示教手段 , 把实验室和课堂有 机地融为一体 , 则解决了上述种种问题。

例如 , 在讲典型集成计数器芯片这一节课内容时 , 利用工 业中心的资源优势 , 将理论教学选在配备了 multisim 软件的机 房里进行。首先由教师将实训项目 “计数显示器” 引入 , 并利用 计算机模拟真实实验室的工作台 , 让学生观察实验结果如图 1所示 , 该实训电路的功能是对输入脉冲的个数(0~9 进行递增 计数 , 并通过译码显示电路将所计的脉冲数显示出来 , 并提出 问题 :74HC161芯片的功能是什么 ? 为什么称之为计数器 ? 学 生带着问题听老师讲解电路原理 , 使其认识到掌握相关知识和 技能是完成项目制作本身的需求 , 而不是教师对学生的刻意要 求 , 以达到在学生头脑中产生主动建构的过程。

在给学生时间自己练习的过程中 , 为了完成这个项目学生 必须先去查手册 , 了解计数器、译码器、数码管、与非门等器件 的管脚连接和功能表 , 虽然他们此时还不能理解功能表 , 通过 实训项目的制作和测试 , 学生就能很容易地弄清楚这些器件的 功能和每个管脚的作用。与此同时还学会了查手册 , 如何通过 查手册获得数字电路器件的使用方法 , 这对数字电路设计制作 者来说是十分有用的技能。另外 , 在教学内容上和习题中安排 了许多诸如同类芯片如何级连 ? 如何进行功能扩展 ? 如何用通 用计数器构成任意进制计数器等等这样一些在实际工作中十 分有用的技巧和方法 , 同时通过机房各机联网的优势 , 创造一 个互动的能相互促进共同提高的协作环境 , 构建学生与学生之 间 , 学生与老师之间的语言沟通渠道。让学生共同来参与分析、训练 , 在整堂课中 “讲学练” 相结合 , 取得了较好的教学效果。

图 1计数显示器 图 2模拟面板布线

(2 有助于加强实验教学效果和提高实验设施利用率 高职教育不是造就学术精英 , 而是以适应生产、建设、管 理、服务第一线需要的高素质技术应用型人才为培养目标。因 此在培养过程中 , 必须重视实践能力的培养 , 重视职业经验和 职业技

能的获得 , 实验教学是高职教育的主体教学方式之一。实验通常包括实验前的预习, 实验的组织 , 实验报告的撰

153 Equipment Manufactring Technology NO.11, 2007 写三个环节 , 在传统实验教学中由于普遍存在实验内容多、上 课人数多、资金和仪器套数不足、实验课教师人数紧缺、实验课 课时又十分有限等问题 , 而实验前由于学生看不到仪器 , 不能 实际进行仪器操作 , 只能看讲义预习, 因此往往在真正的实验 过程中赶时间测数据 , 难以做到深入理解实验方法 , 更不能进 行深入的实验研究。

multisim 软件功能强大 , 几乎能够仿真所有的数字电子技 术实验 , 在这样一个生动活泼、形象逼真的学习环境中预习后 , 再到实验室进行实验时 , 一些注意事项、实验原理、仪器使用方 法等由于已经基本掌握 , 这就大大提高了实验效率。特别是一 些设计性实验 , 学生在实验前利用 multisim 提供的实验平台 , 自己设计好实验方案和实验步骤进行仿真 , 可以很好地避免盲 目操作 , 拓展了学生的思维发展空间。更为重要的是仿真实验 的引入突破了时间和空间的限制 , 使实验场地不再局限于传统 意义的实验室 , 网络机房、EDA 实验室甚至宿舍都可以用来进 行实验 , 做到一机多用 , 一室多用 , 学生利用校园网或互联网还 可随时随地上网进行预习、实验、讨论和提交实验报告 , 从而大 大提高了实验设施的利用率。

(3 有助于学生创新能力的培养

高职毕业生上岗后的主要工作是解决生产过程中的各种 技术问题 , 从事诸如工艺革新、技术改造、事故处理、质量监测、设法降低成本和消耗、提高生产效率等工作 , 这就要求学生的 实践能力不能仅仅停留于操作阶段 , 要具有较强的分析判断能

力 , 要有解决实际问题的综合能力与手段 , 还要有在技术应用 性层面上一定的规划、设计、开发能力和创新能力 , 为此 , 高职 教育将课程设计与创新课程作为实践教学的重要内容。

由于有些实验设备昂贵 , 特别是较为先进的实验设备 , 许 多学校资金不足难以购买 , 这种设施无法在课程设计中给学生 提供探究学习的场景 , 因此创新精神、能力、素质等的培养无从 谈起。但随着科学技术日新月异 , 新产品换代周期日趋短暂 , 职 业的分化与复合成为必然 , 产生了许多与高新技术直接有关的

新的职业岗位 , 这些岗位 , 需要大量技术应用型人才。作为将来 要在这类岗位解决生产、技术、工艺、管理等一系列问题的高职 学生 , 在校期间 , 又必须了解专业技术未来发展方向 , 熟悉并掌 握岗位所需的关键技术。为此 , 高职教育要将与未来职业岗位 相关的新技术、新工艺、新材料、新设备等引入实践教学 , 按照 更高的职业资格要求 , 按照生产实际的规范等对学生进行培养 与训练。仿真软件的引入使学生既掌握了一种新的电子电路设 计软件 , 又掌握了一门新型的实验分析方法 , 尤其利用 multi-sim 作为课程设计实物制作前的设计分析工具 , 能充分发挥学

生的主观能动性和创造性 , 并按照可持续发展的思路为学生储 备一定的理论知识和实践技能 , 达到用先进、高新、超前的实用 技术培养、训练学生的目的。如果和 PCB 软件模块 Ultiboard 配 合使用 , 可以完成电路原理图输入、电路分析、仿真、制作印刷 电路板全套自动化工序 , 对培养学生的工程实践的观点大有裨 益 , 图 2为该软件在面板上模拟布线。

4结论

基于 multisim 的虚拟实验系统有利于教师不断完善教学 内容 , 提高教学效果 , 使学生在掌握基础知识外 , 适当引入科学 技术发展新成就 , 在学生自身能力基础上

有效地发挥其主观能 动性 , 开发了学生的创造潜力 , 但它只能辅助数字电路教学 , 而 不能代替理论和实验教学 , 并且由于许多因素的限制 , 还需要 在今后的实际教学中扬长避短 , 不断完善。

参考文献 : [1][2][3]The Application of Visual Simulate Software in Digital Electricity Technology Teaching Based Software M ultisim SUN Xiao-yan(Industrial Center of Wuxi Institute of Technology , Wuxi Jiangsu 214121, China Abstract :Visual teaching and visual experiment is one of the most advantaged and potential technologies in the future higher educations, es-pecially in the time that higher vocational college.In order to strengthen the basic network infrastructure, digital construction and information teaching , it is very useful to improve teachers ’ teaching contents, offer good teachings effects and develop students ’ creative potential by us-ing the simulate software M ultisimto.The software has widely used in the digital electricity technology course such as assisting electricity theo-ry teaching, supplying the lack of experiment equipment, developing the quality of curriculum design and penetrating quality education, all that have been researched beneficially.Key words :visual experiment;M ultisim;digital electricity technology 李 洋.EDA 技术使用教程 [M ].北京 :机械工业出版社 ,2004.于 枫 , 张建新 , 王秀成.电子系统仿真分析教程 [M ].北京 :科学出

电子仿真教学 第6篇

关键词：电子技术基础；仿真软件；虚拟实验平台

电子技术基础课程是一门实践性很强的专业技术基础课，该课程教学是以理论课教学、课程实验和课程实践等教学环节构成。计算机仿真技术能把复杂事物简化、变抽象为具体、微观的事物放大、宏观事物缩小，缩短时空距离。在教学实践过程中，结合理论教学的进程，利用Multisim，Protel 99 SE，EWB，PSPICE，SystemView等仿真软件辅以生动的仿真演示，作为教学的补充，为传统的教学注入活力。这一方法实现了理论讲解和验证的同步进行，能增强教学的直观性与灵活性，使一些抽象的概念形象化、直观化、简单化，弥补了理论上的抽象性，可以提高课堂教学效率，取得良好的教学效果。

一、利用计算机仿真环境激发学生的学习兴趣

电子课程课本内容过于理论化，过于注重原理分析、公式推导，理论课教学学生听起来枯燥无味，难于理解，对该课程缺乏学习动力和热情。利用计算机仿真作为教学载体，可以很好地解决学生的学习兴趣问题。

利用Multisim 7电路设计仿真软件辅助教学后，在讲解电路原理的同时，可穿插Multisim 7软件对电路进行仿真。如在单级共射极放大器电路教学中，在讲解完基本电路原理后，利用Multisim 7软件对此电路进行仿真演示。先用Multisim 7软件模拟连接电路，确定电路中的各元器件参数，使用Multisim 7软件虚拟仪器进行在线测量，再对照电路设计要求更改相关元件参数，观察所得的变化，最后与理论计算进行对比。这样就将理论上枯燥而不易理解的教学内容形象地展现在学生面前。在整个教学过程中，学生自始至终都保持极高的学习兴趣。

在学习电子技术基础的过程中，抽几节课讲解仿真软件的使用方法。结合教师在课堂上的演示，学生首先学会Multisim 7软件的基本操作。运用Multisim 7软件，学生可以在较短时间内完成各类模拟电路、数字电路的原理验证性实验。使用虚拟测试仪器对电路进行仿真实验如同置身于实验室使用真实仪器测试电路。由于在电子技术基础理论教学引入了虚拟的电子实验，使课堂教学情境化，增强了教学的直观性、形象性、生动性和时效性，激发了学生的学习兴趣。

二、利用虚拟仿真弥补演示实验的不足，提高课堂教学效率

电子技术基础课程中许多概念和原理经常是通过实验来帮助学生加以理解。实物演示方法虽然有直观、生动、真实的特点，但演示准备工作量大，不便观察。教学演示的内容一旦确定，其可变性很小，灵活性差。并且有些现象在传统的演示实验中是无法展示的，很难达到理想的教学效果，因此可以借助于虚拟仿真实验。将仿真技术应用于教学中，能模拟一些用语言难以清楚表述的和现实实验不易进行的内容。

例如，利用Protel 99 SE软件仿真显示出波形，振荡器起振的过程非常直观，还能看出这种振荡电路的波形存在较大的失真，但振荡波形较稳定。如果对波形失真要求较高，则需要采用改进型号振荡电路，即克拉泼或者西勒振荡电路。这种教学模式生动活泼，学生自始至终保持着极高的学习兴趣，加深了理解和记忆，有效提高了课堂教学效率。

三、利用仿真实验，突破教学难关，增强教学效果

将仿真技术应用于教学中，可以把许多抽象和难以理解的内容变得生动有趣，动态地演示一些现象，化难为易，使教学中的难点、重点变得一目了然，便于学习者观察与思维，从而更好地理解和掌握所学知识，有效地实现精讲，突出重点，突破难点。

课堂上教师可以根据讲课需要，运行Multisim 7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。这样的教学模式生动活泼，调动了学生的学习积极性，帮助学生正确理解概念，掌握知识，提高了课堂教学效率。例如利用Multisim 7软件对负反馈放大器进行辅助仿真教学。反馈不仅是改善放大电路性能的重要手段，而且也是电子技术和自动调节原理中的一个基本概念。在放大电路中引入电压串联负反，会导致电压放大倍数下降，但输出电压的稳定性提高，非线性失真减少，通频带展宽，输入电阻增加，输出电阻减少。借助于Multisim7软件对电压串联负反馈放大电路进行仿真实验来验证这些影响，得出与理论相符合的结果，以利于课堂教学的成功进行。

四、虚实结合，增加实践环节

电子技术课程是一门实践性很强的专业基础课程，理论学习必须紧密地与实践结合起来。在电子技术实践课之前，学生先利用仿真软件将电路进行仿真，得到实验结果以后，再进行实际的安装、焊接、调试。学生做实验的兴趣提高，信心加强，实验教学质量大大提高，在仿真软件中，可以随时修改元件参数，并能马上获得仿真结果。使教师、学生感觉到自己置身于特殊的教与学的环境之中, 从而产生亲临真实电子技术基础环境的感受和体验。Muhisim 7软件还提供了故障设置功能，实验时，学生可以两人为一组，互设故障，然后通过仿真结果进行故障分析，最后排除。这样，学生能初步学习电路的故障分析，大大提高了学习兴趣和实际动手能力。学生可提出各种设计方案，从而大大提高了分析问题、解决问题的能力，激发了他们的创新意识，也大大提高了学生电子技术基础的设计水平。

例如在典型的互补对称式推挽OTL功率放大电路的实践中，先在Multisim7软件中绘制仿真电路，运行仿真电路，通过数字万用表和示波器观察输出结果。若结果不符合设计要求，则需修改电路再对电路进行仿真调试，直到符合要求为止，并输出Protel格式网络表文件。再应用Protel 99 SE 软件载入网络表，将元件封装形式修改为Protel形式的元件封装，设计PCB布线图。然后，根据布线图制作印刷电路板，并进行实物安装与调试。制作成功时的成就感激发了学生的学习热情，让学生有目的、有针对性地学习相关理论知识。通过相应的电子制作，在实践中巩固所学理论，并能用理论知识解决制作中遇到的问题，达到较好掌握理论知识与实践技能的目的。

（作者单位：恩平市中等职业技术学校）

参考文献：

[1]夏路易，石宗义.电路原理图与电路板设计教程Protel 99 se［M］.北京：北京希望出版社，2002.

[2]熊伟，侯传教，梁青，孟涛.Multisim 7 电路设计及仿真应用［M］.北京：清华大学出版社，2005.

电子仿真教学 第7篇

《高频电子线路》是电子类专业学生的必修课, 是一门理论性、工程性、实践性均很强的课程, 该课程以高等数学、电路分析、信号与系统、模拟电子技术等为前期课程, 即便采用多媒体辅助手段以增强效果, 但电路原理多、数学推导繁琐、概念抽象, 特别是非线性分析方法的应用, 使学生普遍反映较难理解和掌握。另外, 传统实验不能很好地让学生理解电路的工作原理和信号波形的变化, 经常遇到元件虚焊或毁坏、仪器缺乏、性能不稳定等棘手问题, 浪费有限的实验时间, 影响了实验的正常进行及学生实践的积极性[1]。

由于近年来的教学改革使课堂学时一度减少, 给教学带来较大压力, 因而如何采取有效措施提高学生的学习兴趣、增强实践能力、并缓解内容多而学时少的矛盾是亟待解决的问题。仿真软件的应用能形象生动的演示波形、提高学习兴趣、开拓创新思维, 为学生在有限的时间内掌握高频电子线路的理论知识提供条件, 为高频电路实验开辟一条快捷高效的新途径。目前使用比较普遍的有EWB、P SP ICE等, 现以Multisim11.0为例介绍仿真与分析在高频电子线路教学中的具体应用。

2 Multisim11.0简介

Multisim 11.0的前身是加拿大图像交互技术公司 (Interactive age Technoligics简称IIT公司) 于1988年推出的用于电子线路设计和仿真的EDA工具软件[2], 被美国国家仪器有限公司 (National Instruments简称NI公司) 收购后, 更名NI Multisim, 而V11.0是其于2009年12月推出的电路仿真软件最新版本, 学生版、教育版和专业版可提供4000~17000个电路元器件, 除虚拟元件外基本采用实际参数模型[3], 具有丰富的仿真分析能力。它提供了包括万用表、示波器、函数信号发生器、频谱分析仪、网络分析仪等丰富的测试仪器, 并且提供了强大的电路分析手段, 如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、噪声图形分析和射频分析等为正确验证电路功能和分析电路参数提供了有力保证。

另外其操作界面友好、简单直观、创建元器件较为方便, 仪器功能选择、参数设置、数据处理及结果显示等均能通过对话完成[4], 软件易学易用。在计算机上进行实验, 不受时间、地点、设备的限制, 可使每位学生通过仿真把理论和实践结合起来, 从而加深学生对课程的理解和认识。

3 Multisim11.0的应用实例

Multisim软件进行仿真分析的基本步骤为:根据原理和设计需要创建电路原理图, 然后根据实际情况设置好电路图选项, 设定仿真分析方法, 打开仿真开关, 运行设计好的电路, 借助仿真仪器, 即可得到所需仿真结果[1]。

调制、解调电路是通信设备中的重要组成部分, 调制、解调方式在很大程度上决定了系统可能达到的性能, 也是高频电子线路课程学习的重难点之一。本文通过调幅及解调电路的仿真, 介绍Multisim11.0仿真软件在高频课程教学过程中的应用。

3.1 普通调幅 (AM) 信号的波形仿真

振幅调制简称调幅, 调幅有普通调幅、抑制载波的双边带调幅和单边带调幅等, 其中普通调幅是基本的, 其他调幅信号都是由它演变而来的。根据AM信号产生的基本原理, 在Multisim11.0环境下创建由乘法器组成的普通调幅电路, 如图1所示, 其中相乘器的增益系数设置为1。

打开仿真, 可见双踪示波器上普通调幅信号与低频调制信号波形对比, 如图2所示。

调整直流电压V3, 用以改变电路的调幅系数, 当V3=1V时, 调幅系数大于1, 仿真波形如图3所示, 出现过调幅现象, 这样的已调波经过检波后无法恢复原有的调制信号, 是严重的失真现象, 应该尽力避免。

3.2 双边带调幅波形的仿真

由于载波不携带信息, 为了节省发射功率, 可以只发射含有信息的上、下边带, 而不发射载波, 这种调幅称为双边带调幅[5]。利用Multisim11.0绘制出双边带调制仿真电路, 接上载波信号U1、调制信号U2以及示波器, 如图4所示, 仿真波形如图5所示。

3.3 二极管包络检波器仿真波形

二极管构成的包络检波器电路简单, 性能优越, 应用广泛, 也是检波电路学习的难点。包络检波不需要恢复原始载波信号, 解调后的输出信号能够反映输入信号的包络, 其仿真电路如图6所示。

打开仿真, 并调整电路参数, 可以得到解调以后的信号与输入信号的对比如图7 (a) 所示。但是如果电路参数选择不当, 二极管包络检波器就有可能出现惰性失真和负峰切割失真。改变RP1和RP2可以观察到两种失真现象所呈现的波形, 如图7 (b) 、 (c) 所示。

4 结束语

在高频电子线路课程教学过程中引入仿真软件, 可以将抽象难懂的内容生动形象地演示出来, 并通过改变电路参数得到不同的波形, 不仅可以加深学生对理论知识的理解, 还有助于提高学习兴趣和实践动手能力。Multisim11.0仿真作为理论教学和实践教学的桥梁, 为高频电子线路的功能验证和性能分析提供了一种经济可靠并简单易行的方法, 非常值得在课堂教学中推广。

摘要：文章以振幅调制及解调电路为例, 将Multisim11.0软件仿真应用于高频电子线路教学实践中, 通过生动直观的波形仿真和灵活快捷的参数设置使学生加深对理论知识的理解, 又可以提高学习兴趣和设计能力。

关键词：高频电子线路,Multisim11.0,振幅调制,解调,仿真

参考文献

[1]李锐君, 王莉丽.Multisim在高频小信号谐振放大器教学中的应用[J].科技信息, 2011 (10) :43-45.

[2]黄培根, 任清褒.Multisim10计算机模拟虚拟仿真实验室[M].北京:电子工业出版社, 2008.

[3]于波, 吕秀丽, 李玉爽.Multisim11在高频电子线路教学中的应用[J].现代电子技术, 2011, 34 (10) :193-198.

[4]韩硕.虚拟仪器技术在教学中的开发与应用[J].装备制造技术, 2011 (9) :239-241.

电子仿真教学 第8篇

关键词：模拟电子技术,Proteus,仿真教学

模拟电子技术是高职院校电类专业的基础课程, 是学生必须掌握的课程, 学生对课程的掌握程度直接影响到后续课程的学习效果。模拟电子技术课程本身理论性强、内容抽象、不易理解、与实际应用联系紧、计算量大, 如何高质量地完成这样一门课的教学, 对于学情特殊的高职院校教师来说, 无疑是压力巨大的。如果采用传统的课程教学方法, 即理论教学板书画图、复杂图形课件辅助、实验操作分立元件逐个搭建或集成箱直接测试, 必然会造成理论课堂教师累够呛精神抖擞、学生闲够呛昏昏欲睡, 实验课堂照图连线、没有思考、数据不准、不会变通的现象, 极大地影响了教学质量和学生的学习兴趣。为解决这些问题, 我们在课堂教学中引入了仿真软件, 以仿真过程和结果真实展示元件、典型应用电路的工作过程和数值测量, 理论与实验结合, 吸引学生的注意力, 提高学生的学习兴趣, 取得了很好的效果。

目前有许多的仿真软件如EWB, Proteus, Multisim, Spice等都能实现电路的仿真, 我们选用Proteus是因为它既可以进行电路的仿真, 也可以进行单片机的仿真, 减小了学生的负担, 后续课程学习也能够用得上, 在延续性上有保证。如果选用其他软件虽然可以完成本门课程的学习, 增大了学生学习的负担, 浪费了时间。

1 软件介绍

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件, 它是世界上著名的EDA工具 (仿真软件) , 从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真, 一键切换到PCB设计, 真正实现了从概念到产品的完整设计。是现今世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。

Proteus提供30多个元件库的仿真元器件资源, 可提供数字和模拟、交流和直流等数千种元器件;有多样的激励源, 包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频 (使用wav文件) 、指数信号、单频FM、数字时钟和码流等, 还支持文件形式的信号输入;有13种虚拟仪器, 面板操作逼真, 包括示波器、逻辑分析仪、信号发生器、交直流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等;Pro SPICE混合仿真可实现数字/模拟电路的混合仿真;图形显示功能, 可以将线路上变化的信号, 以图形的方式实时地显示出来。这些功能的优势, 完全可以实现模拟电子技术课程的教学目标的要求。

2 仿真教学的实施

在模拟电子技术教学过程中有许多的公式、原理, 引入仿真前, 教师多是在黑板上画图分析讲解, 学生都是靠死记硬背, 对“为什么这样?如何改变?”根本不能完全理解。许多问题稍稍改变一下, 学生就答不上来。引入仿真软件后, 原来用语言不能很好描述的内容可以直观地通过曲线、数值、波形等方式表现出来, 减少了枯燥的讲解、推导, 吸引了学生的注意力, 加深了学生对课程内容的理解。

模拟电子技术课程教学的主要内容是二极管、三极管、场效应管的工作原理及其典型电路的分析计算。对于学生来说, 典型电路的分析计算是学习中的难点问题, 也是学生最容易出现错误地部分。例如三极管的基本放大电路的学习, 使用仿真之前教师是将三极管放大电路直接给出, 经过一系列分析归纳得出电路中静态工作点、各点电流和电压、放大倍数的计算方法等内容, 并重点强调静态工作点的重要性。学生的学习过程都是被动的、填鸭式的, 不理解为什么静态工作点必须要合适、静态工作点为什么重要。将Proteus引入后, 为什么静态工作点要合适。我们首先给出基本放大电路样例, 利用软件搭建典型电路并连接仿真实验源和示波器, 如图1所示。通过不断改变元件参数值, 得出一系列输出信号波形和电压电流数据, 如表1和图2 所示。表1中示波器输入通道为10 mv档, 输出通道为0.5 V档。由图2的8个波形可知, 只有三极管外围元件参数选择合理, 才能得到不失真且放大的波形, 而表2中数据也说明了这个现象。由此, 可以知道静态工作点的确定实际上就是确定R1和R2的取值。那么如何确定这两个电阻的阻值呢?每一型号的三极管其β值 (电流放大系数) 都是一个确定的数, 且, 假若需要电路中的电流是IC=1.7 m A, 我们选用三极管2N2222A, 它的β=200, 那么由可以得出IB, 再经由, 确定R2的值。要得到输出电压的最大动态范围, 静态工作点应该设置在交流负载线的中点, 也就是说集电极静态工作电压。确定了R1和R2的取值, 我们再通过公式就可以确定电路具体的放大倍数。

通过这些仿真数据和波形, 学生可以很好地理解静态工作点的作用, 晶体管外围元件对静态工作点和输出信号的影响, 这时学生再记录公式就能很快地记忆下来。也能知道改变放大电路的放大能力、选择合适的静态工作点需要对电路做哪些改变。

模拟电子技术课程有大量的实践操作内容, 以往我们采用分立元件搭建电路实践和集成模块连线实践两种形式, 前一种形式对于比较简单的实践操作易于实现, 但多数时间都用在了元件测试、连线上了, 只能就实验而实验, 不能考虑设计的问题且数据易受外界条件影响。后一种形式中电路都是已集成的, 操作简单, 只需要简单连线, 数据容易测试, 但无法进行元件的替换, 学生很难搞懂电路内部结构, 不利于进行数据比较。利用Proteus仿真, 就可以解决这样的问题。学生可以根据需要设计电路, 通过仿真结果不断改变元件参数、信号源参数, 不用担心损坏元器件、电路连接不良、用电安全等问题, 学生们可以不断改变元件参数直至达到实验功能要求。在仿真过程中, 学生一直在不断思考, 每一次的改变都会有一个变化, 有一个现象, 像平时玩游戏一样, 激发了学生的学习兴趣, 就不会觉得课程枯燥。

例如在多级放大电路操作中, 由于引入仿真前学生从没有做过二级以上放大电路的操作, 且元件多、连线复杂, 现在学生利用仿真软件, 自己连接电路, 设计出了三级、四级放大电路, 利用虚拟仿真示波器观察各级输出信号的变化, 并根据仿真数据与理论计算值进行比较, 验证了总放大倍数等于各级放大倍数之积的结论。学生在实践操作过程中不断思考, 改变参数值, 无形中激发了学生的学习兴趣和再创造能力。

3 结束语

在模拟电子技术授课过程中使用仿真软件, 教师可以在课堂上根据内容需要搭建电路, 理论讲解与电路验证配合, 分析过程与实际过程相似, 有利于学生对知识的理解, 有助于学生创新能力和学习兴趣的提高, 缩短了学生对理论理解的时间, 减小学生理解的难度。学生在实际操作前通过仿真可以对可能出现的情况, 进行预演练, 这样实际操作时就可以随机应变。

实践证明, 把仿真软件应用到课程的教学中, 充分利用新的教学资源与手段, 提高了学生的学习兴趣和课程的教学质量。高职学校的教师, 在教学中要结合企业与学生的实际, 灵活运用多种教学资源, 帮助学生学习, 使学生能够适应企业和社会需求, 最终实现零距离对接。

参考文献

[1]汪岚.基于Proteus仿真的《模拟电子技术》实验教学新方法[J].荆楚理工学院学报, 2010 (11) :69-74.

[2]张兴初, 孙志兵.浅谈基于Proteus实例的模拟电子技术教学设计[J].中国现代教育装备, 2010 (7) :96-97.

[3]侯向峰, 周兆丰.Proteus在模拟电子技术教学中的应用[J].湖北师范学院学报:自然科学版, 2012 (4) :114-118.

电子仿真教学 第9篇

1该电路的工作原理

1.1电路中集成块简介 :

⑴八线 - 三线优先编码器74HC148有8个输入端I0 ~ I7,低电平有效,I7优先级最高,I0优先级最低,3个编码输出端A2、A1、A0,低电平有效,即输出的三位二进制代码用8421BCD码的反码表示。例如 :I4、I5同时有编码要求时,对I5编码(因为I5的优先级更高),对应的输出代码为010,数码管显示2。所以只要将和I5相连的按钮定义为2号选手就可以了。另外74HC148有三个控制端 :选通输入端EI、选通输出端EO、编码状态标志GS端。

⑵BCD七段显示译码器CD4511的真值表如表一所示 :

其中D、C、B、A为8421BCD码输入端,D为最高位。a~g为输出端,当某端输出高电平时,数码管中对应的笔画(就是一个发光二极管)被点亮。LT为灯测试端,低电平有效,加低电平时,显示器一直显示数码“8”,这里不使用,所以将它接高电平。BI为消隐功能端,低电平有效,加低电平时,数码管全暗。LE为锁存端,高电平有效,CD4511的输出状态锁定在上一个LE为低电平时的取值。另外,从真值表可以看出,当CD4511的输入数据大于十进制数9(1001) 时,数码管也是全暗,这说明CD4511具有拒绝伪码的功能。

1.2整个电路包括抢答编码、锁存、数字显示几大部分。

1.3在以往的八路抢答器电路中编码电路通常是用1N414“8小红粒”二极管实现的。二极管的数目多,连线繁琐。这里笔者利用电子电路中常用的八线 - 三线优先编码器74HC148、

BCD七段显示译码器4511实现了清零、编码、锁存三大功能,电路简洁。

⑴、74HC148的14脚为GS端,当没有选手按下按钮时,74HC148的编码输入端均为高电平,由功能表知,GS端输出高电平,经反相器反相后,输出低电平加至CD4511的BI引脚(低电平有效,可使数码管全暗),实现了数码管不显示的功能。当有选手按下按钮时,GS端输出低电平。反相后为高电平,CD4511的LE引脚有效,实现了锁存的功能。这样不仅使得抢答选手的号码被显示出来,而且其他选手再按按钮时无效,这是由CD4511的LE锁存功能决定的。

⑵、虽然74HC148的8个输入端有优先级别,但选手们同时按下抢答按钮的概率是非常低的(总会有先后顺序),所以不会影响比赛的公平性。

⑶、由于只有八位选手,74HC148的编码输出端只有3位 :A2、A1、A0。所以把CD4511的8421BCD码四位输入端D、C、B、A的最高位D端接地。另外也可以通过74HC148的选通输出端EO、选通输入端EI把两片74HC148扩展为16线 -4线编码器,实现十六路抢答器。

2 Proteus仿真

2.1元件清单(如图二所示)

2.2仿真调试

⑴在选择数码管时,应选择共阴极数码管7SEG-MPX1-CC。不能选用共阳极数码管,否则数码管不亮。Proteus中关于7SEG-MPX1-CC的描述是 :Red,1Digit,Common Cathode,7-Segment Display(即红色,1位,共阴极,7段显示)。另外,数码管限流电阻R1的阻值应该根据电源电压来选取,电源电压5v时,一般取为300Ω左右。我们一个学生将该电阻的阻值设为10kΩ,结果调试时,其他均正常,就是数码管不亮。分析原因就是限流电阻过大,导致流过数码管的电流太小而造成的。该学生触动很大,元件参数的选取影响这么大。

⑵当按下某按钮时,74HC148的相应编码输入端由红色变为蓝色,说明该脚由高电平变为低电平,输出端A2、A1、A0出现相应的编码。经CD4511译码后,数码管显示了相应的数字(即抢答选手的号码)。这时,如果按下其他按钮,虽然74HC148的输出端A2、A1、A0会出现相应的编码,但数码管显示的数字还是原来的数字,说明CD4511的锁存端LE起了作用。这意味着当有选手抢答后,其他选手再按按钮是无效的。至此,仿真成功。

3电路改进

由于教学的需要,在该电路中没有加入选手抢答时的蜂鸣声,需要的话,可结合教材中的波形变换电路采用555及外围电路组成讯响电路,这样电路的功能更完整。

4电路制作

经过学生实际制作,电路满足设计要求。

5小结

Proteus是低成本的电子设计自动化软件。通过Proteus软件仿真,学生们少走了弯路,一些原先电路设计中的不合理、不正确的地方在仿真过程中就体现出来,学生们进行了及时的修改。节约了时间,节省了制作费用。同时,适时的效果展示也极大提高了学生的学习兴趣,效果很好。

摘要：本文结合学生项目教学的要求,设计了一款新颖的八路抢答器电路,电路简洁,新颖,实用性强。通过Proteus软件仿真并实际制作,达到了设计要求。同时,也极大提高了学生的学习兴趣,是一种值得推广的教学方法。

电子仿真教学 第10篇

1 电工电子传统教学方式的不足

传统的教学模式下，教学环节以教师花大量时间讲授基本原理、基本知识为主，学生缺少学习兴趣、缺乏学习主动性；实验环节多为验证实验，如叠加原理、戴维宁定理、单管放大电路、组合逻辑设计、触发器等，学生在实验过程中不需要思考和分析，只是机械地、被动地按照实验指导书进行操作，实验过程死板，限制了学生的思维，使学生丧失学习兴趣。而且实验中由于学生操作错误或失误往往出现短路、烧保险以致损坏仪器仪表等现象，严重时甚至会引发安全事故。为了解决以上问题，将虚拟仿真软件Proteus引入电工电子学的理论教学、实验和实践环节，提高学生学习理论知识的兴趣，也可在课余时间通过仿真验证所学知识；在实物实验前进行虚拟实验电路的设计连接和测量，以期提高对实验电路的本质认识，达到掌握理论知识和提高实验质量的目的。同时以虚拟软件为平台，结合学生的兴趣，设计实用电路，增强学生的创新能力、自学能力和动手能力。这样学生可以充分利用课余时间发挥主动性和创造性，进行实用电路的设计，另外还可以节省硬件投入、减少实验设备的损坏，提高实验的成功率。

2 Proteus在电工电子教学中的应用

Protues是一款EDA工具软件，除了像其他EDA软件一样具有仿真基本电路功能外，还有单片机仿真功能，还可以实现PCB设计，是当前教学和科研领域流行的电路设计软件之一。其上手容易、仿真演示功能强大，很适合于教学。

2.1 Proteus在理论教学中的应用

在电工电子的教学环节中，Proteus仿真的引入通过直观的感性认识可以加深学生对知识点的掌握。很多知识点都可以用Proteus仿真来演示。例如叠加原理，学生学习单电源作用电路时对其他电源的处理容易出错，经过仿真演示就可以加深理解。如图1所示，在Proteus下，电流表和电压表被认为是理想器件，即认为电压表内阻为∞，电流表内阻为0，此条件下，a中在12 V和6 V电源共同作用下，R3两端电压和流过的电流分别为4.2 V和0.08 A，方向如图所示。该电压和电流等于b和c中12 V,6 V两个电源单独对R3作用时的3.6 V,0.07 A和0.6 V,0.01 A的代数和，相当于单电源作用时另一电压源做短路处理。在仿真演示的强化下可使学生加深对叠加原理的理解。

2.2 Proteus在实验中的应用

在电工电子实验中教师经常碰到一个棘手的问题，那就是由于学生以前接触电工电子实验仪器设备机会较少，因此在实验前教师要花大量时间指导学生使用仪器设备，导致实验时间不够用，另外也避免不了出现仪器设备的损坏。为了让学生提前掌握设备仪器的基本用法和减少损失，我们的做法就是提前做出Proteus仿真下的实验指导，让学生在课余时间完成仿真实验，然后再进行实物实验。例如负反馈放大器实验。将Proteus仿真实验布置为作为课余作业，要求在Protues下完成电路连接，如图2所示。要求指出每个元件的作用，测量静态工作点，并完成观察改变输入信号us时负载RL上电压的变化情况，以及去除负反馈RF和CF时输入输出间信号的变化情况。

在仿真电路的连接和实验过程中，带着问题操作，进而强化了对电路的理解，掌握了示波器的调节方法，加深了对负反馈的认识。然后再在实验箱上进行实物实验。由于Proteus仿真中的元件及测量仪器仪表(如电压表、电流表、示波器)的使用方法几乎和实物使用方法一样，学生通过在仿真环境下亲自连接电路和测量就弄清楚了电路结构，仪器仪表的使用方法，经过如此过程，在实物实验时就已经熟悉了电路接法和实验的目的，从而实物实验时速度明显加快，电路连接的准确率和仪器仪表的使用的正确性得到提高，从而设备的损坏率明显降低，实验效果也得到明显提高。

3 Proteus在电工电子设计实践中的应用

学生思维活跃，有时根据所学知识产生一些奇思妙想，但是由于财力和资源所限往往无法进行去实现。例如，有学生根据声控灯原理想到声控风扇，但是由于没有实验设备及仪器或担心损坏设备而不敢去实践，最后不了了之。如果借助于仿真软件Proteus就可以将其想法通过仿真来进行验证，在仿真可行后，就可以利用实验室条件进行实物设计和实现。

我们在教学中要求学生制作光控灯电路，要求其上网查阅资料，设计出控制电路，并利用Proteus丰富的元件库，实现电路的仿真，然后提供实物，让其搭建实物电路。简单光控灯仿真电路如图3所示，Proteus听过了模拟光照的光敏电阻(TORCH-LDR)，通过改变手电与光敏电阻的距离实现光线的强弱变化。在这样的实践过程中，提高了学习兴趣，学生掌握了一般电路设计方法，学习了文献的查阅，并锻炼了其动手能力。

经过这样的训练后，学生在进行科技创新时就不会盲目购买元器件，他们先在Proteus下搭建电路进行仿真—参数调整—再仿真—再参数调整，通过仿真软件下反复调试，等仿真电路满足设计要求后，再根据成功的仿真电路选择购买相关器件搭建电路。如此一来使得科技创新设计的成功率提高，由于有针对性的购买器件，所以浪费很少，科技创新成本尽可能地降低了。

4 结束语

在电工电子技术的教学实践中引入Proteus，可增加理论教学的生动性与可视性，加强学生对实验电路的理解，使实物实验成功率得到提高，元器件及设备毁坏率降低。实验电路的软件仿真与实物搭建，使学生的学习兴趣得到了提高，锻炼了学生设计能力与动手能力，使得电工电子技术的教学变得生动，与传统教学法相比较效果明显提高。基于Proteus的虚拟仿真给学生提供了无须硬件投入电路的验证环境，对创新设计和后期的动手搭建电路有着积极的推动作用，在我校学生的电子创新中发挥了重要作用。

摘要：在传统的电工电子技术教学中,理论教学显得枯燥乏味,实验速度慢,且元件设备损坏率较高,效果不佳,学生缺少实践锻炼。为了改变这一现状,通过在教学、实验和实践环节中引入了基于Proteus仿真的教学改革,使得课堂教学具有生动性和可视性,实验的成功率提高,元件设备的坏损率降低,学生在实践环节中创新能力和动手能力得到了提高,教学效果显著提高。

关键词：Proteus,仿真,实践

参考文献

[1]丁守成.理工科电工电子实验教学改革的研究与实践[J].实验技术与管理,2008,25(3):114-117.

[2]杨成刚,刘奋成,柯黎明.基于卓越工程师培养计划的焊接理论基础课程教学改革与实践[J].教育教学论坛,2014(3):29-30.

[3]王海波.基于Multisim仿真软件的电工电子实践教学改革[J].数字技术与应用,2011(9):221-222.

[4]秦毅男,廖晓辉.基于PSPICE的电工电子实验教学改革与实践[J].实验室科学,2005(2):46-48.

电子仿真教学 第11篇

摘要：针对电力电子技术课程教学中的理论性比较强的内容，学生学习理解起来难度大的问题，本文以单相SPWM逆变电源为例进行仿真研究，采用MATLAB/SIMULINK强大的仿真功能进行建模仿真，使教学过程更直观形象，仿真结果和理论分析结果的一致，验证了基于MATLAB的电力电子系统建模和仿真的实用性。

关键词：仿真教学 SPWM 逆变电源

【中图分类号】TM1-4；G434

一、引言

电源设备广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等各个方面，是电子设备和机电设备的基础， 在国民经济各个部门中都是相关的，应用最为广泛的是在工农业生产中。可以说，一切领域都要用到电源设备，凡是涉及电子和电工技术的。逆变电路是该电源的关键电路，其功能是实现DC/AC的功能变换，即在逆变电路的控制下把直流电源转换成SPWM波形供给后级滤波电路，形成标准的正弦波。采用IGBT作为开关器件，IGBT是自关断器件，用它做开关元件构成的SPWM逆变器，可使装置的体积小，斩波频率高，控制灵活、调节性能好、成本低。SPWM逆变器，简单的说，是控制逆变器开关器件的通断顺序和时间规律，在逆变器输出等幅、宽度可调的矩形波。

二、逆变电源概述

和逆变电源的发展联系在一起的是电力电子器件的发展，逆变电源的发展是电力电子器件的发展带动的。目前逆变器的核心部分就是逆变器和其控制部分，虽然在控制方法上已经趋于成熟，但是其控制方法实现起来还是有一定的困难。因此，对逆变电源的控制和逆变器进行深入研究具有很大的现实意义。早期的逆变电源，只需要保证其输出不断电，稳压、稳频即可。然而，现在的逆变电源除了这些要求以外，还必须是绿色环保的、高性能的逆变电源。必须满足：输入功率因数高，输出阻抗低；暂态响应快速，稳态精度高；高稳定性，高效率，高可靠性；网络功能完善；智能化；电磁干扰低。在传统的逆变电源中采用模拟电路控制，但模拟控制存在许多固有的缺点：

（1）采用大量分散元件和电路板，硬件成本偏高，系统可靠性下降；

（2）人工调试器件，导致生产效率降低及控制系统一致性差；

（3）器件老化及热漂移问题，导致逆变电源输出性能下降，甚至导致输出失败；

三、SPWM调制技术

SPWM是实现逆变器输出交流电压调节、减小输出电压谐波的一种控制方法。利用SPWM

控制构成的逆变器调节性能好，速度快，可使调节过程中频率和电压相配合，以获得好的动态性能，输出电压波形接近正弦波。SPWM逆变器具有以下主要特点：

（1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受直流环节滤波器参数的影响。

（2）可获得正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。

（3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。

四、IGBT介绍

选用IGBT作为逆变器的功率开关器件， IGBT是一种复合型功率开关器件，它既有单极型电压驱动的MOSOFT的优点，又结合了双极型开关器件BJT耐高压，电流大的优点。其开关速度显然比功率MOSFET低，但远高于BJT，又因为它是电压控制器件，故控制电路简单、稳定性好。IGBT的最高电压为1200V，最大电流为1000A，工作频率高达1000kHz。它具有电压控制和开关时间（约为300ns）极短的优点。

五、逆变器控制电路

逆变器采用单相桥式电压型逆变电路，负载为感性负载，给定为正弦波ur为调制波，载波uc为三角波，正弦波ur与三角波uc的交点时刻控制各开关器件的通断。工作时，通过对T1～T4管的合理通断切换，使逆变电路输出电压为交变电压，其中T1、T2的通断状态互补，T3、T4的通断状态互补。采用双极性控制方式时，在正弦波ur的正、负半周期内，ur与三角波uc的交点时刻控制各开关器件的通断。即当ur>uc时，给T1、T4以通信号，给T2、T3以关断信号，引时如果负载电流io>0，则T1、T4导通。如io<0，则VD1、VD4导通，但不管哪种情况，都是输出电压Uo=Ud。当Ur0，则VD2和VD3导通，但不管哪种情况都是uo=-Ud。其具体控制电路如图1所示：

逆变器的输出电压为SPWM波形时，其低次谐波将得到很好的抑制和消除，高次谐波又

能很容易滤去，从而可获得比较理想的正弦波输出电压。

六、逆变电路仿真建模

利用MATLAB软件的SIMULINK工具对电路进行建模，电路模型图如下图2所示：

交流电压参数设置：交流电压峰值为100V，频率为60Hz。

电阻R1的参数设置：电阻R1=1000Ω，L=0H，C=inf。

电阻R2的参数设置：R2=20Ω，L=0H，C=inf。

IGBT的参数设置：Rn=0.001Ω，Lon=0H，Uf=0.8，Rs=10Ω，Cs=250e-6F。

电容C的参数设置：R=0Ω，L=0H，C=100?F。

电容C1 的参数设置：R=0Ω，L=0H，C=10?F。

电感L的参数设置：R=0Ω，L=1H，C=inf。

普通桥的参数设置：Number of bridge arms为2，Power Electronic device为Diodes。

1、SPWM控制器子系统创建：双击上图中的SPWM模块，在子系统窗口内编辑SPWM发生电路控制器的SIMULINK模型，如下图3所示：

选用了一个关系运算模块以实现与门输出

三角波的参数设置：时间值为【-0.3 0.3】，输出值为【-2 2】

正弦波的参数设置：振幅为0.5

2、仿真结果

设置好各模块参数后，单击工具栏“Simulation”菜单下的“Start”命令进行仿真，双击示波器模块，得到仿真结果如下图4所示：

七、结束语

在电力电子技术课程的逆变电源教学研究中引入了仿真，对于加深学生对这门课程的理解起到了良好的作用。掌握了仿真的方法，学生的想法可以通过仿真来进行验证，学生对理论的理解就会更深刻，对培养学生的创新能力很有意义，并且可以调动学生学习的积极性。而仿真教学不受时间、空间和实训条件的限制，学生可以在课外自行仿真练习。仿真在促进教学改革、加强学生软件操作能力方面起到了积极的推动作用。

【基金】 湖南省教育厅职业院校教育教学改革研究项目（编号：ZJB2012023）

八、参考文献

[1]. 李传琦.电力电子技术计算机仿真实验[M].电子工业出版社，北京，2006年2月

[2]. 王云亮.電力电子技术[M].电子工业出版社，北京，2004年8月

[3]. 李雅轩.电力电子技术[M].中国电力出版社，北京，2007年3月

[4].王兆安，黄俊.电力电子技术（第4版）[M].机械工业出版社，2000

电子仿真教学 第12篇

关键词：MATLAB仿真,PWM,逆变电路

0.引言

“电力电子技术”课程是电气工程及其自动化专业的一门重要的专业基础课, 是一门实用性、工程性和综合性的课程, 在应用型本科院校人才培养的课程体系中处于重要的地位。该课程主要包括电力电子器件、四大类电力电子电路和两种控制技术, 主要特点是内容多, 在教学过程中要分析大量的电路波形和公式, 而波形分析是该课程的教学重点也是难点。在传统的教学模式中, 教师给学生展示的是静态的文字, 电路和波形, 内容较抽象, 抽象的课堂教学很难达到良好的教学效果。因此, 将MATLAB仿真与课堂理论和实践教学相结合, 构建一种基于仿真平台的、理论与实践并进的教学模式, 将抽象生硬的电路和波形用生动的仿真波形展现给学生, 将有利于激发学生的学习兴趣, 改善教学效果, 提高教学质量。

1. MATLAB简介

MATLAB中含有一个仿真集成环境Simulink, 其主要的功能是实现各种动态系统建模、仿真与分析。在电力电子技术仿真中, 除了使用Simulink中的基本模块外, 用到的主要模型集中在电气系统仿真库Sim Power System中, 该模型库提供了电气系统中常用元件的图形化元件模型, 包括无源元件、电力电子器件、触发器、电机和测量元件等, 每个模型库中又有多个模块字库。这种图形化的元件模型对于使用者来说可以快速并且形象直观地构建所需的仿真系统结构。

2. 电力电子电路的MATLAB仿真

在四大类电力电子电路中, 逆变电路具有十分重要的地位, 广泛应用于各种直流电源和交流调速用变频器, 不间断电源等。在控制技术上, PWM技术在逆变电路中应用较广, 现在使用的逆变电路基本上都采用了PWM技术。

2.1 单相桥式单极性PWM型逆变电路

主电路中, 直流电源由Sim Power System中DC Voltage Source模块提供, 电压为100V, 桥式逆变电路用四只MOSFET构成, 用Series RLC Branch模块作为负载, 电感为10m H, 电阻为1Ω。控制电路中, 采用Sine Wave环节生成调制信号, 频率为50Hz, 调制度为0.8;采用Triangular Wave环节产生三角波, 频率为1000Hz;采用Sign环节得到正弦调制信号波的极性, 并与三角波相乘, 得到与正弦调制信号极性一直的单极性三角波。调制信号分成两路, 一路与零电平比较产生VT1和VT2的驱动信号 (两个驱动信号反相) , 另一路与单极性三角波与相比较产生VT3和VT4的驱动信号 (两个驱动信号反相) 。建立仿真模型如图1所示, 仿真波形如图2所示。波形图中的两幅波形依次为:相调制信号/载波信号、电压u UN’, 输出电压, 输出电流。由图中可见, 一个周期中, 输出电压由三种电平组成。

2.2 单相桥式双极性PWM型逆变电路

主电路中, 直流电源由Sim Power System中DC Voltage Source模块提供, 电压为100V, 桥式逆变电路用四只MOSFET构成, 用Series RLC Branch模块作为负载, 电感为10m H, 电阻为1Ω。控制电路中, 采用Sine Wave环节生成调制信号, 频率为50Hz, 调制度为0.8;采用Triangular Wave环节产生双极性三角波, 频率为1000Hz, 调制信号与双极性三角波比较产生驱动信号, 一路连接到VT1和VT4, 另一路反相之后连接到VT2和VT3。建立仿真模型如图3所示, 仿真波形如图4所示。波形图中的两幅波形依次为:相调制信号/载波信号、电压u UN’, 输出电压, 输出电流。由图中可见, 一个周期中, 输出电压只由两种电平组成。

2.3 三相桥式双极性PWM型逆变电路

主电路中, 两个直流电源由Sim Power System中DC Voltage Source模块提供, 电压均为100V, 桥式逆变电路用六只MOSFET构成, 用Three-Phase Series RLC Branch模块作为负载, 电感为10m H, 电阻为1Ω。控制电路中, 采用三个Sine Wave环节生成三相正弦调制信号, 频率为50Hz, 调制度为0.7, 采用Triangular Wave环节产生双极性三角波, 频率为1000Hz, 调制信号与双极性三角波比较产生三路驱动信号, 一方面这三路驱动信号分别连接到VT1、VT3和VT5, 另一方面三路驱动信号分别反相后连接到VT2、VT4和VT6, 即VT1与VT2反相, VT3与VT4反相, VT5与VT6反相。建立仿真模型如图5所示, 仿真波形如图6所示。波形图中的六幅波形依次为:U/V/W相调制信号/三角波载波信号、电压u UN’, 电压u VN’, 电压u WN’, 输出UV线电压u UV, 输出U相电压。由图中可见, 一个周期中, 输出线电压由三种电平组成, 输出相电压由五种电平组成。

4.结论