建设模拟电子技术虚拟实验室

2010-04-16陈栋

科技传播 2010年23期

陈栋

九江学院电子工程学院，江西九江 332005

模拟电子技术课程是高校电子类以及各相关专业必修的基础课。模拟电子技术实验关系到学生对于理论知识的掌握程度以及实验技能、创新能力的培养等众多方面，所以实验在该课程中占有十分重要的位置。

1 传统模拟电子技术实验的局限性

随着电子技术的发展，模拟电子技术实验更侧重于培养学生的思维方式与创新设计能力。传统仪器的功能单一，简单的实验往往要好几台仪器设备，而且接线繁琐。限制了学生花更多的时间和精力做设计性实验，对调动学生的积极性，培养创新精神十分不利。随着近年的高校扩招，学校一般很难满足这些硬件要求，不利于学生的实验课程。所以，传统模拟电子技术实验方式已经不再适应社会发展的需求。

2 模拟电子技术虚拟实验室

虚拟实验室主要是利用计算机模仿真实过程的实用技术。同时，以数据库技术为基础，以网络技术为平台，以多媒体技术为辅助的计算机模拟实验室。实时的仿真功能，使实验可以取得与实际高度吻合的实验结果。

2.1 仿真软件

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用模拟电路的设计工作。它包含了原理图的图形输入、硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，适合模拟电子技术实验。学生可以使用Multisim交互式地搭建模拟电路原理图，并对模拟电路进行仿真并且分析。

整个操作界面就像一个模拟电子实验工作台，绘制模拟电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的；提供了世界主流元件提供商的超过17 000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件；提供了22种虚拟仪器进行模拟电路动作的测量，这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态互交显示。

2.2 虚拟仪器

虚拟仪器是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。

当前应用最广泛的虚拟仪器是LabVIEW，它是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。

虚拟仪器的主要特点有：尽可能采用了常用的硬件，各种仪器的差异主要是软件；可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器；用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。

2.3 网络构建

基于校园网可以很方便的构建虚拟实验室的网络。如图1所示。

2.4 模拟电子技术虚拟实验室的优点

1）在一台计算机上就可以实现如示波器、函数信号发生器、电压表等仪器功能，而且能够建立模拟电路进行分析。基于软件的体系结构减少了仪器费用；

2）虚拟实验室无须配备各种传统教学仪器，可以通过软件设计使虚拟仪器和实验室设备不断更新。学生在计算机上操纵各种虚拟仪器进行实验，就如同是在操作传统仪器一样，与通过硬件实验做出的结果一致。把实验室搬到了网络，使得学生可以在任何时间以及任何地点，只要有接入网络的PC就可以进行实验；

3）在虚拟实验室，学生可以主动设置故障、实验，不断地得到实验结果。并且可以修改参数，在不必担心损坏仪器的情况下，迅速进行实验仿真，检验自己对所学知识的掌握情况。学生还可以做一些趣味性的电路，如彩灯控制、交通灯控制等控制电路以及各种报警电路。改变传统的教学模式，利用计算机仿真技术充分调动学生的积极性；

4）模拟电子技术实验教学目的在于提高学生的分析能力、判断能力及创新能力，提高学生的综合素质。通过设计性实验可初步培养与提高这方面的能力。在实验中要求学生根据给定题目内容独立完成电路的设计、元器件的选择、电路的安装与调试，拟定实验步骤、测试内容及方法等。比如说负反馈放大电路、集成运算放大电路的应用等设计型电路。对每一个学生来讲这不仅是一次工作能力的考察，也是一次综合能力的锻炼与培养；

5）加强了计算机应用能力。当前社会对计算机的操作技能要求很高，利用模拟电子技术虚拟实验室，将计算机应用融入日常的教学中，逐步培养学生计算机应用能力。