基于虚拟仪器的辅助教学系统

郭 庆，徐翠锋，张文龙

（桂林电子科技大学，广西 桂林 541004）

“模拟电子技术”是电子信息类专业一门重要的专业基础课［1］。该课程教学可培养学生的工程概念和工程思维能力。在课程学习过程中，学生感到实际电路的调试十分困难，往往花了很长时间进行调试。为此，有必要在课堂中采用辅助教学系统。

高校在“模拟电子技术”课堂教学中普遍使用仿真软件辅助教学，如Multisim和Spice等，可以取得较好的教学效果［2－4］。但仿真软件中某一元件模型忽略了元件的离散性，未计及温度和电压变化等因素的影响，致使仿真结果与实际有一定的差距。学生无法从仿真中了解实际电路分析与设计时应注意的一些工程问题。

本文在现有多媒体教学系统的基础上，增加一定的设备，设计了一个基于虚拟仪器技术的“模拟电子技术”辅助教学系统，可以较好地解决上述问题。

1 系统的组成

本辅助教学系统由柔性“模拟电子技术”实验电路板、数据采集设备、笔记本电脑、上位机软件、投影仪和投影幕布六部分组成。如图1所示。

图1 系统组成图

本辅助教学系统的特点在于“虚实结合”。实体是本系统的最显著特点，也是与仿真软件最大的不同。该实验电路板是由实际电子元器件构成。首先将实验电路喷绘在广告布上，然后将电子元件、导线布于广告布背面，所有的测试点、电源连接点用接线柱引到广告布正面，从而构成可拆叠的柔性“模拟电子技术”实验电路板。最大区别是将硬质基板换成了可携带的广告布，这为教学代来了极大的便利。

柔性模拟电子技术实验电路板加上电源后，输入信号加到模拟电路输入端，将数据采集设备的探头分别接到模拟电路的输入端和输出端。数据采集设备将采集到的模拟信号进行A／D转换，转换后的数据通过USB口传送给笔记本电脑中的上位机软件，软件对数据做相应处理。于是，在笔记本电脑屏幕上显示出信号的波形和频谱等相关参数。通过笔记本的VGA视频接口，显示的画面被传送到投影仪上，投影仪再投影到黑板的幕布上。数据采集设备直接由笔记本的USB口供电。由上位机软件是一个功能强大的多功能虚拟仪器软件，它包括双踪示波器、双踪频谱分析仪、双踪信号发生器和双踪万用表等，这些虚拟设备全完可以满足实验教学的需要。

2 单管放大电路实例

本文仅以单管放大电路为例说明实验。一个共发射极单管放大电路如图2所示，三极管采用9013。工作条件：Vcc＝12V，Uce＝6V。测试信号来自笔记本电脑音频输出口，通过虚拟仪器软件设置正弦波有效值为50mV，频率为1000Hz。数据采集设备的探头分别连接到模拟电路的输入和输出端。由上位机软件界面显示的波形如图3所示。图中示波器界面上部中幅度小的为输入信号（0.16V／div），幅度大的为输出信号（1.6V／div），两者相位相差180°。下部万用表显示输出信号的有效值1.759V，输入信号有效为0.0439V，放大倍数约为40。

图2 共射极单管放大电路

图3 输入输出波形比较

如果调节放大电路中的滑动变阻器，可以改变放大电路的静态工作点。能观察放大电路的饱和失真和截止失真状态波形，也可以将输入信号为方波，输出信号波形。图4上部所示，其下部是频谱分析仪界面，在频谱图中可知输出信号的频率成分。

图4 不同输入信号的输出波形及其频谱

3 结语

本文设计的“模拟电子技术”辅助教学系统在课堂教学中，能及时的向学生演示电路的原理、功能、特点和调试过程。

我们将理论教学与实验教学有机地结合起来，使学生在学习“模拟电子技术”课程的过程中，对教学内容感到真实可信，改善了学习难度，提高了学生的学习兴趣，收到了事半功倍的效果。然而，本系统受数据采集设备参数（如频率、幅度和精度等）的限制，有些参数尚无法测试，如放大电路的幅频特性等，这些都有待改进。

本文仅介绍了虚拟仪器技术在“模拟电子技术”课教学中的基本应用。虚拟仪器技术还可以运用到电路分析、数字逻辑、信号与系统等课程的教学中。在今后还将继续探索，努力使虚拟仪器技术在教学中有更广泛的应用。

［1］康华光 电子技术基础.模拟部分；华中科技大学电子技术课程组编［M］.北京：高等教育出版社，2006.1

［2］李如琦 Multisim仿真软件在电工电子实验教学中的应用［J］.南宁：广西大学学报（哲学社会科学版），2005，27（增刊）

［3］田丰.虚拟实验与真实实验的整合研究［M］.北京：清华大学出版社，2005

［4］黄智伟.基于 Multisim2001的电子电路计算机仿真设计与分析［M］.北京：电子工业出版社，2004