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虚拟仿真电子技术范文1
虚拟仿真技术作为一种新型的科学技术越来越为人们所关注，在中职电子技术教学中引进这项技术，是中职院校发展的需要，也是时展的必然趋势。
一、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中运用的重要性
虚拟仿真技术又称模拟技术或者虚拟现实技术，通俗上讲就是用一个虚拟的系统模仿一个真实系统的技术。随着计算机科学技术的迅猛发展，虚拟仿真技术已应用在生产生活的多个领域。近几年，在中职电子技术教学中也引入了虚拟仿真技术，它不仅提供了新型的教学手段，优化了教学模式，而且弥补了传统教学的不足，给教学带来了全新的体验。
二、满足电子技术教学的需要
电子技术是一门理论性和实践性都很强的学科。作为学生而言，首先必须要有扎实的理论知识作基础，掌握各种复杂的数学计算公式、识别各种电子元件并熟知其性能，同时还得掌握电子维修、电子技术开发等基本理论知识，最终才能将所学的知识运用于实践。要真正提高学生的电子技术水平，必须有大量的实践经验，没有丰富的实践经验，即使掌握再丰富的电子技术理论也无济于事。而虚拟仿真技术能够为学生模拟一个仿真情境，让学生在这个情境中进行电子技术操作，使学生将平时所学的电子技术理论知识运用于实践，并在实践操作中加深对理论知识的理解和巩固，让学生真正做到在“学中做，做中学”，不断提高自身的电子技术水平。
（一）创新教学方法
在中职电子技术教学中运用虚拟仿真技术属于实验教学法，改变了传统的以教师传授为主的枯燥乏味的教学方法，能够有效提高教学效率。虚拟仿真技术通过各种可操作的动态实例，能够比较有效地吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，营造浓厚的学习氛围，让学生在实践操作中发散思维，提高学生的动手能力，从而实现电子技术教学的真正意义。
（二）符合学情需要
中职的学生大多数文化基础比较薄弱，对于课堂教师讲授的理论知识的接受能力较差，学习的积极性比较低，不喜欢枯燥乏味的课堂。与学习复杂的电子技术理论相比，中职学生显然更愿意动手操作。而虚拟仿真技术则刚好满足了学生这一方面的需求，给学生提供了动手操作的机会，它可以帮助学生积累实践经验，提高操作能力，为以后的工作奠定基础。
（三）减少意外情况的发生
电子技术在实践操作的过程中，由于操作人员的粗心或者不熟练，可能会出现电路起火、爆炸等意外情况，容易造成相关人员受伤。而虚拟仿真技术的运用，可以模拟操作情境，控制意外的发生，减少意外伤害，保障人员安全。
三、虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的运用现状
目前，随着科学技术的不断发展，虚拟仿真技术水平也在不断提高，很多技术生产行业中大量引进这种虚拟技术。而在电子技术教学实践中，虚拟仿真技术也逐渐成为辅助教师教学的重要工具。
（一）教师教学的得力助手
虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的运用，在很大程度上减轻了教师的教学负担，成为教师教学的得力助手。在以往的电子技术教学中，教师仅靠课堂上的理论知识传授让学生掌握相应的电子技术应用水平，其难度较大。再加上学生消极学习的态度也让教学效果大打折扣，而虚拟仿真技术则在很大程度上解决了这一问题。虚拟仿真技术通过模拟真实的操作情境，将静态的知识转换为动态的知识，让学生更容易吸收。正所谓“说上一百遍，不如做一遍”，有时候复杂的理论讲解不如一个操作更容易让人明白。在虚拟仿真技术的辅助下，学生学得轻松，教师教得也轻松。
（二）学生喜爱的教学手段
虚拟仿真技术在中职电子技术教学中的运用，将学生从复杂难懂的理论知识海洋中解放出来，凸显了学生的主体地位，学生学习的积极性也明显提高。虚拟仿真技术在电子技术教学中的应用，打破了理论知识一统课堂的局面，带来了教学模式和教学手段的创新，营造出更加适合学生学习的氛围，对提高学生的电子技能水平大有裨益。
（三）教师的虚拟仿真技术的操作能力有待加强
随着虚拟仿真技术的不断推广，这项技术也逐渐在中职的各项实验实训教学中得到广泛运用。但由于部分教师没有经过专门的培训，对虚拟仿真技术的不熟悉和操作方面的不熟练，导致对虚拟仿真技术的运用成效并不明显。
（四）教师和学生过度依赖虚拟仿真技术
虚拟仿真技术拥有明显的优势，深受学生的喜爱，它在中职电子技术教学中的运用，给课堂教学带来了全新的体验，但在虚拟仿真技术的运用中仍然存在一些问题。一些教师过度依赖虚拟仿真技术带来的便利，完全不考虑课堂的实际需要，即使在理论性很强的课堂上仍然依赖虚拟仿真技术。比如，有的教师在学生没有掌握扎实的理论知识的情况下就盲目使用虚拟仿真技术，不仅没有达到预期的教学效果，反而降低了教学效率。不仅教师如此，在学生身上也存在着过度依赖虚拟仿真技术的现象。虽然虚拟仿真技术能够有效地提高学生的动手操作能力，但是模拟操作与实际操作仍然有区别，模拟操作并不能完全取代实际操作。毕竟现实生活中和以后的工作中需要的是实际操作经验，无论是教师还是学生，在教学中绝不能用模拟操作完全取代实际操作。
四、关于虚拟仿真技术在中职电子技术教学中运用
虚拟仿真技术在中职电子技术课程教学中的应用是我国教育信息化发展的必然趋势，同时也是提高电子课程教育教学质量和水平的重要途径。在中职电子技术教学中，应该充分发挥虚拟仿真技术的优势，提高教学效率和学生的实践应用能力。
（一）利用虚拟技术模拟教学情境，提高学习效率
利用虚拟技术模拟生产、生活中的实际场景，让学生有一种身临其境的感觉，使学生在这种教学情境中轻松愉快地获取知识。这种教学方法不仅能激发学生的学习兴趣，而且能使学生较快地融入到学习中，主动思考，积极合作，从而提高学生的学习效率。在中职电子技术教学中，教师完全可以通过虚拟仿真技术模拟一个教学情境。例如，教师可以模拟一个电路操作台，展现出现实中真实的电路数据，让学生积极参与到操作中，在操作中获取并巩固知识，从而提高实践能力。
（二）组织小组合作探究式学习
在运用虚拟仿真技术模拟操作时，可以将学生分成几个小组，通过小组内部的团结协作开展探究学习。在模拟操作时，一个人独自操作容易出现纰漏，而团体合作则可以利用集体的智慧，提高操作能力，往往能取得一加一大于二的效果。同时，为了提高小组合作的积极性，教师可以通过组织小组竞赛的方式激励学生的学习，从而有利于提高学生的学习效率和课堂教学效率。
（三）加强教师对虚拟仿真技术的运用能力
虚拟仿真技术对于中职学校来说是一种新型的教学辅助技术，许多教师对这种技术还不够熟悉，甚至不能熟练地运用。因此，中职学校应该建设一支能够熟练运用虚拟仿真技术的教师队伍，同时，电子技术专业的教师也应该积极地学习这项技术，让课堂教学因这一新技术的应用而变得更加生动活泼。
（四）模拟操作与实际操作相结合
虚拟仿真技术提供的模拟操作让学生在课堂上也能真切地体会到操作的滋味，但模拟操作并不能完全取代实际操作。模拟操作毕竟是人工模拟的，对于一些人们无法预料的情况并不能完全模拟出来，而真切实际的操作体验对于学生来说不仅是必要的，对于提高学生的电子技术应用水平也更为重要。因此，在电子技术教学中运用虚拟仿真技术时，绝不能忽视实际操作的重要性，应该将模拟操作与实际操作相结合，发挥二者的长处以提高学生的综合应用能力。总之，在中职电子技术教学中，我们应该充分发挥虚拟仿真技术的作用，合理利用虚拟仿真技术的优势，提高课堂教学效果和学生的学习效率，从而全面提高学生对电子技术的实际应用水平。
参考文献：
［1］李松湘.虚拟仿真技术在电子技术课程教学中的应用研究［D］.湖南师范学院，2012.
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【关键词】虚拟仿真技术；职校教育；电子技术教学
随着科学技术的飞速发展，电子技术在企业中得到了广泛应用，这对电子技术教育工作提出了更高要求。而职校电子技术课程作为培养学生电子技术实践操作能力的重要途径，直接关乎学生的未来发展。然而，传统的电子技术已经无法满足新形势下的职校教育需求，所以创新其应用策略刻不容缓，以便不断提升职校电子技术教学有效性。
1.引入虚拟仿真技术，激发学习兴趣
在当前的职校电子技术课程教学中，教师大都注重理论知识的讲解，却忽视了实践指导在提升学生电子技术操作能力方面的积极作用。但是单纯地讲解电子技术方面的公式、原理等理论知识，职校学生很容易感觉到枯燥、乏味，并会逐步产生厌学情绪，以至于无法促进学生投入到电子技术教学活动中来。而此时如果教师可以在课堂教学中引入虚拟仿真技术，则可以彻底打破传统单一教学模式的束缚，增强学生的实践动手操作体验。与此同时，在学生的实践操作过程中，学生也更加容易获取更多的教学知识，并可以借助学生的实践教学来逐步形成科学的思维和创新意识。而借助虚拟仿真技术的合理运用，学生可以更好地进行电子电路的实验和操作方面的教学，从而借助实践操作来帮助学生更好地了解相关的理论知识，提升他们的实践操作能力。
为了进一步提升职校电子技术课程教学有效性，教师需要结合实际情况来开展理论知识方面的教学，以便深化学生对于电子技术课程方面理论知识的理解和认识，以为后续的理论教学和实践教学工作奠定扎实基础。但是如果教师只是一味地借助实验操作的方式来开展教学，那么就会浪费材料和时间。而此时如果可以合理运用虚拟仿真技术，那么可以借助多媒体等信心技术软件来将那些抽象的理论教学知识以更加直观、生动地方式展示给学生，从而可以深化学生对于职校技术课程教学知识的理解和认识，增强学生的学习效果。例如，在讲解“放大电路”这部分教学内容的时候，授课教师可以采用虚拟仿真技术来引导学生探究教材上有关共射极放大电路的三种组态，深化学生对于放大电路方面知识的理解和认识，提升学生的学习效果。
2.创设仿真电子实验，增强操作能力
在职校电子技术课程教学中，为了检验虚拟仿真技术引入的教学效果，必须要借助实验开展来进行检验。因此，在引入虚拟仿真技术的时候，教师可以通过电子电路的实验操作来帮助学生在模拟场景中去验证相关理论知识的科学性和合理性，同时也可以使职校学生更好地体验电子技术学习的魅力，提升学生的实践操作能力。但是必须要结合实际的教学内容或者实验知识等方面的知识来合理开展仿真实验，以便可以更好地开展电子技术课程教学。此外，在职校电子技术课程教学中，授课教师需要结合职校电子技术课程教学的特点以及学生学习需求和性格特征来对现有的教学方式和活动进行改进和创新，以便切实将虚拟仿真技术引入到中职电子技术课程教学中来，不断提升学生的动手实践操作能力。
例如，在讲解《彩色电视机原理与维修》这部分教学内容的时候，授课教师可以先借助多媒体等信息技术软件来为学生展示电视机从上世纪七十年代末到今天的发展历程，同时还要为学生讲解全球彩色电视市场的现有特点。实际上，彩色电视机和学生的生活之间具有紧密联系，其是生活中经常接触的一种事物，所以授课教师在开展这部分知识授课的时候，结合生活实际来为学生创设一些富有启发性的教学问题。比如：“你家中所用电视机是哪种型号呢？有什么功能呢？”等，以便借此来充分加强师生互动。此外，授课教师还可以借助多媒体等信息技术软件来为学生展示一个立体化的电视机模型，使学生借助真实的模型来了解彩色电视机的整体结构及其构成部件，同时还可以组织学生进行自主实验操作来完成有关电视机零件的整合操作，从而可以提升学生的动手操作能力。
3.开展虚拟项目实验，提升综合素养
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【论文摘要】将虚拟仿真技术引入教学领域后对传统教学手段产生了强烈冲击。本文针对航空电子装备教学中如何应用虚拟仿真技术给出了应用方法和体会。
1．引言
自 20世纪 9O年代以来，以计算机仿真技术 、多媒体技术和虚拟现实技术为特征的“虚拟仿真实验室”开始在世界各地出现，并逐步渗透到教学领域。作为一种新型的实验教学手段，虚拟仿真教学对传统的教学手段产生了强烈冲击，并引发了教学领域一系列深刻的变化。种种迹象表明，虚拟仿真教学将是今后实验教学改革的一个重要发展方向。本文结合多年来在航空电子装备教学中应用虚拟仿真技术的经验，探讨在航空电子装备教学软件中应用虚拟仿真技术的方法和体会。
2．虚拟仿真技术简介
虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。
2．1虚拟现实技术
虚拟现实技术就是利用三维建模技术，构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟三维场景，并能响应用户的输入，根据用户的不同动作做出相应的反应。虚拟现实的关键技术主要有动态环境建模技术、实时三维图形 生成技术、立体显示和传感器技术等。虚拟现实技术主要侧重于对真实物体物理特征的仿真，也称为视景仿真，它主要用于产品设计与展示、商业广告、游戏设计等。
在航空电子装备教学中，大量用 到对装备的外观 、结构 、组成 、连接 、机安装位置的展示 ，传统教学大都采用实物展示 的方法 。近年来随着大量航空电子装备 的更新换代，因受经 费、场地及使用寿命等因素的限制 ，传统教学方法 已远远不能满足要求 ，而采 用虚拟现实技术的展示方法则 以其廉价 、无场地限制和效果 良好得以广泛应用。
目前有大量成熟的软件平台可以进行视景仿 真的开发，主流平台Creator Vega Vega Prime VTree OPENGVS QUEST3D VRTOLLS EON、WEB3D、JAVA3D、GLStudio等。其中，MULTIGEN公司的虚拟现实数据库 OPENFLIGHT已经成为 了工业标准 ，在军事 、航空航天等领域应用都 比较成熟 。在航空 电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用r Vega Prime、GLStudio和 EON作为视景仿 真开发的技术平台 ，解决物理模型的创建、场景显示等问题。该平台可以达到照片级 的视景仿真效果 ．同时采用嵌入 OPENGL技术来解决物理模型 的交互问题。
2．2系统仿真技术
系统仿真技术是伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科 ．它通过建立实际系统 的数学模 型 ，利用计算机运算来达到对被仿真系统的分析、研究、设计等目的。系统仿真技术主要侧重于对真实系统的内在机理、运动方式 的仿真，也称为行为仿真。系统仿真技术最初主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大实际系统试验难以实现等少数领域，后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要工业部门，并进一步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。
在航空电子装备教学中，对装备工作原理的讲解既是重点也是难点。传统教学方法主要通过教员的讲述，配合一些静态的图形帮助学员理解 ．教学效果主要依赖于教员的授课水平和技巧 。近年来．我们尝试将系统仿 真技术应用到航空电子装备教学中，根据被仿真装备的工作原理，建立系统的数学模型，并根据装备的不同工作状态，对模型进行动态运行．结合虚拟现实技术实现的逼真场景．较好地模拟实际装备的工作情况。利用该技术开发、研制的教学软件不但可供教员教学使用．也可供学员自学，并达到了较好的教学效果。
目前，有许多成熟的系统仿真开发平台软件．如 Simulink、SystemView等，这些软件以其功能强大和使用方便、易用性受到广大用户欢迎．但价格较为昂贵，且大多未提供对外的仿真数据接口．仿真系统应用的灵活性、扩展性和可变性受到很多限制。当然也可自行开发适用 的仿真开发平台软件。在航空电子装备虚拟仿真软件的开发中我们采用的是自行开发的系统仿真平台软件。
3．虚拟仿真技术在航空电子装备教学中的应用方法和步骤
3．1建立仿真模型
这里所说的仿真模型既包括反映航空电子装备外观、结构的三维物理模型 ，也包括揭示其内在工作机理及行为的数 学模 型。对三维物理模型的建立，主要依据装备本身的物理状态，其原则就是在尽量减小面数的同时提高逼真度。对系统数学模型的建立，则需要视系统的复杂程度进行取舍和优化，本着够用为度的原则 ，以尽量减小运算量。建立数学模型时 ，还应考虑到系统运行时的参数调整。
3．2创建仿真装备的虚拟场景并驱动
对于虚拟场景的驱动，根据使用方式的不同采用了不同的方式如果进行的仅是装备外观、结构的展示，可使用EON进行动作的编辑和驱动；如果需要对装备进行虚拟操作仿真，则使用 GLStudio软件先进行操作面板、虚拟仪表的编辑和制作，然后再利用 Vega Prime驱动以实现更复杂的交互操作。
3.3系统集成
系统集成就是将上述做好的模型、场景按照教学软件所需的形式将其有机的整合在一起，使之成为_个完整的 、规范的教学软件。系统集成可以使用目前常用的软件开发平台如 VB、vc++等。由于上述虚拟现实驱动软件如 EON、GLStudio及Vega Prime等均以ActiveX控件方式提供 了可用 于常用 软件开发平台的运行插件，因此，系统集成变得十分方便。编写程序时，只需考虑软件功能的安排，注意程序间的兼容性即可。
系统集成时，还需要将系统行为仿真的结果通过视景仿真表现出来，即用行为仿真的数据来驱动三维物理模型的动作。由于系统行为仿真采用了专门的运行平台，与视景仿真处于不同的系统进程中．因此这种驱动是通过两进程间的实时通信来完成的。这里还需要考虑进程间的同步问题。
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【关键词】PSIM；电力电子技术；仿真平台；参数扫描；示波器
现代计算机仿真技术为电力电子电路或系统的研究与设计提供了崭新途径，使复杂的分析和设计过程变得更加简单有效。同时也为高校特别是高职院校相关专业课程的教学提供了新的思路，不仅可以帮助同学们理解知识要点，提高学生学习的趣味性和积极性，还可以成为理论和实践教学环节有益的补充[1-2]。
1、基于PSIM的电力电子技术仿真平台
PSIM是一款专为电力电子和电机控制系统设计的仿真软件，因其仿真速度快、用户界面友好、交互性强、简单易学等特点，为电力电子技术、模拟与数字控制以及电机控制系统设计提供了强大而高效仿真平台。PSIM作为电力电子技术领域仿真速度最快的软件之一，在全世界范围内60多个国家的高校、大型企业、研究机构得到了广泛的应用。此外，PSIM作为优秀的开放式仿真平台，还可以与第三方软件进行联合仿真，为用户提供了更加高效的仿真环境[2]。PSIM软件仿真元件库拥有丰富的元器件模型，可以进行任意电路级和系统级电力变换电路的建模仿真。其附加的各仿真包为电力电子技术及其它专业课程的教学和研究提供了强有力的工具。此外，PSIM官方网站提供了免费试用的Demo版,虽然仿真元器件个数受到一定限制,但并不影响课程教学研究的需要。限于篇幅，本文仅介绍PSIM可以用于电力电子技术教学和研究的几个重要功能，如故障仿真功能以及示波器功能，并给出了仿真结果，而对于PSIM的基本使用方法及建模仿真步骤则不再赘述。
2、电路故障仿真功能
由于教材上介绍的通常是电路处于正常工作状态时的情况，同学们对正常工作状态容易理解。然而在实验过程中由于学生误操作或者是器件损坏等原因，常常得不到正常波形，导致学生很难判断故障原因。利用PSIM可以对典型故障情形进行建模仿真，便于学生深入理解电路工作原理，且不用担心损坏元器件或者出现安全隐患。因此，通过故障仿真教学可以提高学生对理论知识的理解，也可以让学生先做仿真再做物理实验，以达到提高实验效率的目的。在PSIM中进行故障设置的方法非常简单，只要选中相关元件，点击右键，选中Disable即可，该元件将变成灰色；若要恢复正常状态，使用相同的操作，选择Enable即可。限于篇幅，本文仅介绍某个晶闸管损坏或者脉冲丢失的情况。如图1(a)所示为单相桥式可控整流电路仿真模型，现假设VT2出现故障，则输出电压Vd的仿真波形如图1(b)所示，此时输出电压Vd的波形已变成单相半波可控整流的情况[3-5]。
3、PSIM中的虚拟示波器功能
3.1虚拟示波器简介
PSIM中的电压/电流测量模块(Voltage/Currentprobe)主要用于存储仿真结果，在SIMVIEW波形处理程序中实现波形显示和处理，这也是PSIM最常用的功能之一。除此之外，PSIM还提供了很强的用户交互功能，利用虚拟示波器即可允许用户在仿真过程中实时修改参数并观察仿真结果，极大的提升了与用户之间的交互能力。PSIM共提供了4种规格的示波器：1通道、2通道和4通道电压示波器以及电流示波器，示波器仿真模型如图2所示。电压示波器可以在Element->Other->Probes菜单下找到，电流示波器可通过鼠标右键点击需要显示电流波形的元件，并在CurrentScope中勾选相应的电流选项即可出现。
3.2虚拟示波器功能及参数设置
虚拟示波器的显示和操作界面与实际示波器非常相似，因此使用极为方便。现以两通道示波器为例：主要包括时基调节按钮，通道A和通道B幅度调节按钮，DC、AC、GND耦合功能选项也与实际示波器一样。时基刻度有us、ms、s三种时间基准，幅值刻度有mV和V两种基准。各操作按钮或选项的功能及特点如下：（1）时基选项（TimebaseScale），用于设定时间轴（x轴）的刻度。（2）通道选项（ChannelA和ChannelB），用于设定幅值轴（y轴）的刻度、偏移量以及波形颜色。DC、AC、GND耦合选项功能也与实际示波器相似，如果选择DC则显示完整波形，选择AC则只显示交流成分，选择GND则将波形置为零。（3）触发选项（Trigger），用于设置触发条件，有ON和OFF两个选项，如果选择OFF，则波形处于自由运行模式；如果选择ON，则必须满足触发条件时才开始显示波形。（4）自动定标选项（AutoScale），如果AutoScale选项勾选的话，则所有通道将自动调整到合适位置，以便将全部波形显示在可见区域。（5）与实际示波器一样，虚拟电压示波器所有通道只能测试对地电压。（6）对于电流示波器，它和元件是通过CurrentFlag联系起来的，如果要使用这项功能，只要右键点击相应元件，在CurrentScopes菜单下选择相应支路电流，如果该支路电流被选择，则其名称前面将显示一个“√”的标记。
3.3示波器仿真波形及分析
现以单相桥式可控整流电路仿真分析为例。在图1(a)仿真原理图中放置一个双通道电压示波器和一个电流示波器，并在开始仿真之前，将时钟形状的SimulationControl中FreeRun单选框选中。需要特别注意的是，由于示波器通道测的是对地电压，因此与实际示波器一样，需在接探头负极的相应位置放置一个接地符号，否则会因为失去参考点而不能得到正常的仿真波形。如图3（a）所示为负载电压ud波形以及采用间接法测出的负载电流波形（用电阻电压波形等效），如图3（b）所示为直接采用电流示波器测得的负载电流波形，只要选择合适的幅值刻度，两者波形是完全一致的。
4、结论
近几年实践教学证明，PSIM作为电力电子技术领域专用的仿真软件，以其仿真快速、用户界面友好、交互性强、简单易学的特点，特别适合于电力电子技术的理论和实践教学。结合高职学院电力电子技术专业的课程设置和实际教学情况，将PSIM引入电力电子技术的教学和研究，合理运用各种功能，对于丰富教学资源和教学手段，提高学生学习兴趣，提高教学效果均大有裨益[6]。此外，在电力电子技术课程中进行简单的培训后，绝大部分同学可以顺利的建立仿真模型并分析仿真结果。对于促进学生将自主性、研究性学习的理念贯穿到整个专业课程的教学，为后续专业课程的理解和消化吸收提供了有利的工具，具有很高的应用价值。
参考文献：
［1］王耀,吴艳萍,郑丹.基于PSIM仿真的电力电子课程设计［J］.实验技术与管理,2013,30(12):108-110.
［2］陈爽,段国艳.基于PSIM的电力电子技术教学初探［J］.四川工程职业技术学院学报,2013,29(4):66-69.
［3］PSIMuser’sguide(version9.0［)M］,PowersimInc,2009．
［4］洪武.PSIM在电力电子技术教学中的应用［J］.实验科学与技术,2009,7(1):37-38.
［5］王兆安,刘进军.电力电子技术(第五版)［M］.北京:机械工业出版杜,2013．
虚拟仿真电子技术范文5
【关键词】Proteus软件技术；电子技术教学；应用；实践；研究
实践中可以看到，Proteus软件有很多种数字、模拟器件模型，同时还提供了一系列的元器件，比如虚拟示波器、信号发生器、电压表、逻辑分析仪、计数器以及电流表和虚拟终端等工具。在Proteus软件技术应用环境下，如同形成了一个元器件、实验仪器等，都非常完备的综合性电子技术实验室。
1.proteus软件及功能概述
Proteus软件，最早是由英国一家公司（Labcenter electronics）研发出来的，是一种多功能非常全面的EDA软件，具有包括ISIS原理图布图、SPICE混合模型仿真以及ARES PCB方面的设计功能。从效果上来看，该软件可有效实现数字电路、微控制器以及模拟电路和外置混合电路软件的仿真、PCB设计以及综合系统的协调仿真等。Proteus软件提供的模拟、数字元器件以及相关的外部设备，电压表、示波器以及电流表等虚拟元件，对单片机、电路综合系统等，具有非常强大的交互、仿真功能；除具有和EDA工具基本相同的原理布图、人工布线以及PCB自动和电路仿真功能外，还具有电路仿真过程中的互动性特点。针对当前微处理器的实际应用情况，还可直接在原理图虚拟原型基础上进行编程操作，对软件源码级进行有效的调试。Proteus软件技术，实际上就是一款集单片机、SPIC研究于一体的仿真软件技术，其功能非常的强大。在安装完仿真软件后，还有两个主要程序，即ARES与ISIS。
其中，前者主要是提供PCB自动、人工布线以及电路仿真功能，而后者则采用原理布图法对电路进行仿真操作。需要说明的是，Proteus仿真软件技术，对于电子技术教学非常适合，可提高非常丰富的教学资源。
2.Proteus软件在电子技术理论教学中的作用分析
实践中，将Proteus软件技术，有效地应用在模拟电子技术理论教学过程中，相当于是将实验室完整地搬到了电子技术课程教学课堂上。在此条件下，教师可在课堂上，通过该软件技术的应用，将模拟电子技术一节中的基本器件，形象地展示给学生，并将基本电路分析、结果以及电路图的设计过程，清晰地演示给学生们。这样一来，就可以从根本上改变传统的教学模式，不用仅靠语言的形式来描述本节教学内容，同时也避免了需复杂演算方可得出结论的传统教学状态，对于增强教学内容的直观性、提高教学内容的生动形象性，具有非常重要的作用。在电子技术课程教学过程中，采用Proteus软件技术，可省掉传统枯燥无味的理论推导，不仅可以节约时间，而且能够加深学生对理论内容的印象和理解，对于电子技术教学，起到了实质性的影响。在电子技术理论教学实践中，通过Proteus软件技术的应用，对解决教学难问题具有非常重要的作用。对于电子技术课程而言，非常的抽象和枯燥，比如放大电路静态工作点设置、动态参数估算等，都是该门课程教学中的重点和难点。在传统的教学模式下，主要是通过让学生只了解二极管、场效应管以及双极结型三极管等器件名字、基本原理的方式，进行教育教学。Proteus软件技术的应用和实践，可让学生有准确、全面地掌握这些元器件的功能和作用。比如，放大电路教学过程中，静态工作点非常的重要，通过Proteus软件技术的应用，不仅可以防范放大电路失真问题，而且对于有效应对电路动态性能影响具有非常重要的作用。在放大电路设计、调试过程中，为确保其性能的有效发挥，应当先设置稳定、合理的静态工作点，如图1所示。
图1
静态工作点的设置，实际上就是利用电路，确保双极结型三极管（Q1）处于一种放大工作的状态。如上图所示，电源电压为10伏，Q1静态工作时的电流为l毫安，此时只需对电值R进行确定即可。而要想确定R值，应当先知道Ql。实践中，相同型号的不同双极结型三极管，其阻值不一定相同，并且该器件数据手册上只是给出了一个大体的范围而已。比如，双极结型三极管值大约为3至300。在这样的情况下，如何确定双极结型三极管阻值显得非常的重要。在传统教学模式下，多数学生虽然学完了关于模拟电子技术的相关知识，都实际操作过程中却无计可施。Proteus软件技术的应用，有效地改变了这一教学尴尬现象，教师可在Proteus仿真环境中对现场进行有效的演示，从而加深学生的印象，理解的更为深刻。在此过程中，学生通过教师在仿真环境下的逐步操作、演示，可深刻理解放大电路静态工作点布设的重要性，并且可以熟练掌握如何设置放大电路静态工作点。电子技术课程教学过程中，尤其是理论教学实践中，模拟电路及其各关键点上的电压、支路电流、输入信号以及输出信号波形等，都可以准确地显示在屏幕上，从而给学生以直观感受。该软件技术的应用，不仅可以使原本比较抽象的理论只是变得清晰、简单，而且还可以使平面电路立体化、课堂教学生动化，对于激发学生的学习兴趣和热情，提高教学质量和效率，具有非常重要的作用。
3.Proteus软件技术在电子技术教学中的应用与实践
电子技术课程教学过程中，通过采用的是虚拟实验方法，借助现代多媒体网络技术，通过网路教室来实现教师机与学生机之间的同步演示操作，从而实现教学目标。电子技术教学中还会用到，虚拟仪器技术，即利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件（比如Proteus软件）来完成各种测试、测量和自动化的应用。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高效率。学生根据电路原理图，利用Proteus软件技术在元件库中找到所需的虚拟元件，可搭建相应的电路和仿真实验；同时，也可利用Proteus软件技术所提供的元器件故障设置功能，在元器件上设置故障，在电路仿真操作完成后，可清晰地再现元器件故障发生时的状况，并从仪器上获取所需的相关参数。在仿真时还要改变库的测试环境值，才能测出更准确的值，调整好拓扑结构后，千万别忘了填写拓扑结构的限制表，限制表里头才是最终起作用的限制条件，接下来只要将填好限制后的拓扑结构加在同类网线上，然后转到中进行自动布线PCB，会尽量根据限制自动布线。该软件具有很强的实用性，对于硬件设计人员来说，是一种不可多得的PCB设计工具，对高速来说尤为如此当然对于这样一个高智能仿真软件使用起来也并不那么容易。以电子技术教学实践中的一个典型电路，即直流稳压电源为例，对Proteus软件技术在此中的应用实践进行分析。
图2 LM317、M337可调双电源直流稳压电源
图2是LM317、M337可调双电源直流稳压电源，在教学过程中学生很容易从元器件库中找到相应的元器件，然后放置在适当位置，用导线根据电路原理图将其相互连接在一起，对元器件参数进行适当的调整，并采用交互式仿真技术，直观地看到电路具体工作情况。导线箭头表示电流方向，而导线颜色则表示电位高低.D5、D6位置的两个绿色LED，指示整流后的电路工作状态；我们可实时读出输出端的电压数值。对RVl、RV2电阻大小进行适当的调节，清晰地看到、读出输出电压实际变化情况。图中的图表是基于图表的仿真（ASF）——甩来精确分析电路的稳压性能。输出0UT l为上面一条曲线，电压从零伏开始，逐渐上升至15伏左右，用时大约I.8秒，之后OUT l输出电压稳定在15伏左右。下面曲线为输出电压变化规律，即电压自零伏开始，逐渐下降至-10伏，用时大约为80ms，之后又稳定在-10伏左右。从这一教学实践来看，在Proteus软件技术应用模式下，调用电路元件时，可选用一些具有动画演示功能的器件、仿真模型器件等；在电路有效完成后，运行仿真操作，即可实现现代化教学辅助功能（声、光、电）效果，使试验过程更加的逼真，更加的接近实际情况。Proteus在现代电子电路与技术教学中的应用，既仅电路图演示非常的清晰，又激发了学生的兴趣和学习热情。
4.结语
总而言之，Proteus软件技术的应用，使仿真结果的显示形式，对于学生全面认知电路功能和原理非常有利，是现代电子技术教学良好的辅助手段。恰当地应用，不仅可以帮助学生掌握模拟电子技术教学的基础船识、基本理论以及基本分析和有效设计方法，并且为学生后续课程的学习，提供了坚实的理论基础和实践技能。较之于传统的教学和实验方法，该技术的应用，实际上是一种可突出以学生为主的教学模式，对于培养学生的学习兴趣和热情，显得非常重要。
参考文献
[1]张敏，陈兆庆.Proteus在现代电子电路与技术教学中的应用[J].山东广播电视大学学报，2011（03）.
[2]李升源.电丁电子虚拟实验与真实实验的互补性[J]，实验技术与管理，2010（04）.
[3]侯向锋，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（04）.
虚拟仿真电子技术范文6
关键词: Multisim; 电子技术; 虚拟仿真; 晶体管
中图分类号: TP11文献标识码: A文章编号: 1009-8631(2010)03-0176-02
1. 引言
随着计算机技术的迅速发展,多媒体技术及虚拟仿真技术在电子类课程教学中得到了广泛的应用。虚拟仿真软件对电子电路进行仿真能够克服一般院校电子学实验室现有条件的限制,利用计算机在多媒体教室实现实验室的功能。使学生能够接触到电子技术的最前沿,减小了现代电子领域对高校培养具有高层次专业技术人才要求的差距。
美国NI公司(美国国家仪器公司)于2007年8月26日发行的Ni multisim10不仅是一个非常优秀的电子设计软件,同时也是一个非常优秀的电子技术虚拟仿真实验软件。它几乎能够模拟电子技术所有的实验,同时也提供了大量的与现实元件对应的元件模型,增强了软件的实用性。Multisim 10可以对电路中的仿真元件进行故障设置,能够观测不同情况下电路的工作状况;同时该软件还提供了种类齐全的虚拟测量仪表,这些仪表的操作与实际仪器的操作基本相同;还具有全面的电路分析功能,可以满足绝大部分电子电路的分析设计要求。
2. Multisim 10 应用举例
电子技术课程是电子信息工程专业的一门专业基础课,其教学效果的好坏将直接影响到其它后继各专业课程的教学效果。目前我校的电子技术课程的教学方法陈旧,依然是先进行理论知识的讲解,再引用例题加经论证,然后通过作业和实验对所学理论知识进行巩固。这种传统教学方式使学生无法感受到电路的实际性,而只是一些繁琐的公式及数字。同时学生很难消除对电子技术的“抽象感”,造成电子技术难学的思想障碍,从而失去对该课程的学习兴趣。将Multisim软件引入到教学过程,可以使教师在讲解理论的同时,对电路进行仿真,使学生消除“抽象感”,增加学习兴趣,同时使课堂教学更加生动、直观。
2.1 晶体管IV特性曲线测试
2.1.1二极管IV特性曲线的测试
在Multisim工作区,选择二极管,型号为1N3912,在仪器栏选择IV分析仪,按IV分析仪,接线示意图,接好电路。设置Vpn=1~1V,设置完成后按仿真键进行仿真,可直接得出二极管IV特性曲线图。
从图中可看出二极管的单向导电性,及各点电压与电流的数值,能够使学生更加直观的了解二极管正向导通,反向截止的特性。
2.1.2 三极管输出特性曲线的测试
BJT输出特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲线,在利用Multisim软件能够非常方便的对BJT输出特性曲线进行直接演示,能使教学变的形象、直观,增强学生的学习兴趣,加深对概念的理解。
在Multisim工作区,选择三极管,型号为2N3904,在仪器栏选择IV分析仪,按IV分析仪接线示意图,接好电路后双击IV分析仪,打开仪器界面,设置Vce=0~2V,Ib=1~10mA,设置好后进行仿真,得到下图:
从此图可看出2N3904的输出特性曲线,同时也可利用游标对各点进行参数测量。
2.2 对单极放大电路进行仿真
2.2.1 仿真电路的建立
利用Multisim建立单极放大电路如下图所示:
图中蓝色曲线为输入信号,红色曲线为输出信号,从中可清晰的观察到共射极放大电路输出信号被放大,同时与输入信号反相。所以共射极放大电路又叫做反相电压放大器。
在电路中用波特仪替换示波器可观察该电路的频率响应
由图可知截止频率约为3.8Hz,同时可以拖动游标测量出通带增益约为5.742dB,按下相位键可观察相位响应:
从图2-6可看出相位响应,由于是反相放大,所以通带相移应该为+/-180度。
从仿真过程中可以看出Multisim软件提供了非常强大的电路分析功能,以帮助教师更深入、更直观的讲解电路的性能。在仿真的同时还可以存储测试点的所有数据、测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据,列出被仿真电路所有元器件清单等。利用Multisim进行辅助教学一方面可以克服传统教学方式的缺点;另一方面又可以培养学生分析、应用知识和创新的能力。因此Multisim在电子技术课程教学中能够发挥重大作用。
3. 结束语
Multisim界面直观、操作方便及强大的电路分析能力,相当于在多媒体教室建立起了器件齐全、功能强大的实验操作平台,为教师提供了一个非常实用、好用的仿真工具。教师可以利用多媒体教室详细、直观的分析各种电路的特性,讲解各种参数改变时对电路的影响。
综上所述,Multisim在电子技术课的课堂教学中的应用,能够实现理论与实践的紧密结合,增强学生学习的主动性,培养学生分析和解决问题的能力,促进了电子技术课程教学手段的创新。
参考文献:
[1] 张新喜.Multisim 10 电路仿真及应用[M].北京:机械工业出版社,2010.
