基于EDA仿真技术的《模拟电子技术基础》课程教学

吴学军

（湖北文理学院 物理与电子工程学院，湖北 襄阳441053）

基于EDA仿真技术的《模拟电子技术基础》课程教学

吴学军

（湖北文理学院 物理与电子工程学院，湖北 襄阳441053）

模拟电子技术课程是电类专业一门重要的专业基础课，具有较强的理论性和实践性。本文通过分析传统的教学方式的不足以及在教学中应用EDA仿真的优势，阐述了EDA仿真技术理论与实践有效结合的途径，展示了运用EDA仿真在基本放大器电路分析中的教学实例，激发学生学习兴趣、提高学生实践动手能力，达到提升教学效果的目的。

EDA仿真；《模拟电子技术基础》课程教学；Multisim；仿真演示

引言

《模拟电子技术基础》是一门理论性和实践性并重的技术基础课程，它不仅像其它学科一样具有自身的理论体系，还具有很强的实践性。它的教学目的是培养学生扎实的理论基础和较强的实践能力，既要求学生能系统地掌握电子线路的基本理论和分析方法，又要具有一定的基本单元电路的读图分析能力和初步的电路设计能力，从而为今后学习《数字电子技术基础》、《高频电路》、《电子测量》等后续课程学习打下良好的基础。可是，在实际的教学中教师反映“难教”，学生反映“难学”。为了取得良好的教学效果，改进该课程的教学手段与方法成为解决问题的关键。EDA设计仿真技术是一种先进的电子电路设计必须的一种技术。EDA仿真工具拥有直观的操作界面，将EDA仿真融入该课程教学中，能够有效解决“难教”和“难学”的问题。

1 传统教学方式的缺陷

1.1 课堂上“填鸭式”讲授

“填鸭式”教学，也称之教师主导式，即教师在台上口若悬河，滔滔不绝讲，学生在下面被动、乖乖的接受。此种教学方式枯燥乏味，学生的参与性、自主学习性、趣味性欠佳，早已遭到学生的厌倦。教育工作者急需对教学手段与方法进行革新，但因为师资结构与水平、设备条件、大环境等的限制，局限了革新的力度、深度和持久度。

1.2 教学手段单一

随着多媒体教学的普及，虽然改变了传统的黑板板书，但是由于教学内容多、学时数较少等原因，很多教师讲课所用的多媒体课件内容设计不合理，还是采用“满堂灌”，只是将课本上的理论、公式、电路图、例题原封不动地全部搬上投影[1]。此种方法备课最容易最轻松，但却不能激发学生兴趣与潜能，不能培养学生的创造性思维，往往导致课堂上睡觉者、玩手机者增多，听课者少。

1.3 理论与实验不同步

传统的理论课是在大教室里集中上课，而实验课是分小组在实验室上课，为了方便排课，很多实验课进度相对理论课进度比较滞后，也有个别实验超前的，不能同步进行。这种理论与实验脱节严重的现象，使得教师不能及时发现学生在理论学习和实验操作中出现的问题，不能给予合理的指导，也不便于学生很好的理解与运用课堂教学的内容，导致教学效果很不理想。

1.4 实验条件不足

模拟电子技术很多理论分析和结论比较抽象，不好理解，通过实验的实践体验，能够促进学生对课堂知识的理解与掌握。但由于实验条件的限制，不可能每次上课都将实验仪器和元件搬到教室，有随着学生人数的不断增加，实验室也不可能一次容纳很多学生，容易造成理论与实践脱轨现象。

2 在教学中应用EDA仿真的优势

2.1 EDA仿真的特点

EDA是电子技术发展历程中产生的一种先进的设计方法，是当今电子设计的主流手段和技术潮流，是电子设计人员必须掌握的一门技术[2]。

大家可能都用过实验箱、电路板或者其他的东西制作过一些电子制作来进行实验，但是有可能会发现做出来的电路存在很多事先并没有想到的问题，由于电路连好或者焊好了不方便更改，更改电路会延长电路的设计周期。有没有能够不使用焊接电路进行测试就能知道电路相关结果的方法呢？结论是有，这就是电路仿真技术。电路仿真是利用EDA系统工具的模拟功能对电路环境和电路过程进行仿真，EDA仿真是EDA技术不可缺少的一个环节。

EDA仿真软件一般具有以下特点：（1）直观的操作界面，就像一个电子实验的操作平台；（2）丰富的元件库；（3）各种各样的虚拟仪器仪表；（4）超强的分析功能；（5）实时的交互仿真模式[3]。

2.2 EDA仿真辅助教学的优势

EDA仿真辅助教学是一种完善电子技术课程的多媒体教学方式，在多媒体教学中引入EDA仿真设计与分析，使本身应在实验室完成的操作环节可直接在教室多媒体上教学，能够引导学生主动参与，积极思考。教师也可以根据教学内容要制定相应的仿真电路模型，并添加到相应的课件中，替换原有的电路图，丰富了课程的教学资源。与单纯的幻灯片板书相比，师资不变，但改变了单一的教学方法、手段，学生不再枯燥乏味，且由于直观形象的演示使学生更容易理解，教师也可以在相同时间内完成更多的教学任务。同时，每一节课的知识内容都可通过仿真演示进行问题式讨论、验证式总结，帮助学生消化学习内容，还能活跃课堂气氛。

EDA仿真应用到理论教学中，就相当于把实验搬到了课堂上。直观、真实的再现实验的过程与现象，与真实实验相比毫不逊色，却有更多的灵活性及准确的数据参数，随时可以更换元器件、更改元件参数，随即得到实验结果和现象[4]。真正实现了理论与实践的同步，通过实践进一步巩固理论知识，取得理想的教学效果。

投资少，损耗为零，与时俱进。一套常规的多媒体示教平台，装上EDA软件就可以了——成本低廉。实验中所需要的元器件、仪器仪表几乎都有，设备之齐全，功能之完善，无与伦比。实验元器件损耗为零，不用担心学生的误操作而损坏仪器设备，不用花费大量的时间进行实验准备和调试。且永远不用担心过时，因为实时的软件升级完全能跟上时代的步伐。

3 运用EDA仿真的教学展示

以《模拟电子技术基础》中“单管共射放大电路”这节内容为例，展示运用EDA仿真教学的优势。本文采用常用的EDA仿真设计软件Multisim11对单管共射放大电路进行仿真辅助教学。

3.1 仿真分析步骤

（1）课前先用Multisim11软件画好单管共射放大电路的仿真电路图，如图1所示。

（2）静态工作点测试。

图1 基本放大电路仿真电路图

在多媒体课件中给出表1（红色部分），让学生抄写在稿纸上。然后调整图1中电位器Rb的值确定静态工作点。电位器Rb旁边标注的Key=A表明若按A键，电位器阻值按1%速度变化，电位器变动的数值直接以百分比的形式显示在一旁。调节Rb的值，观察输入输出波形，使输出波形不失真的情况下，记下Rb的阻值，然后启动Simulate-Analyses-DC Operating Point-Simulate,软件自动显示运行的结果[3]。直流静态工作点结果如图2所示。

图2 直流静态工作点仿真结果

让学生根据结果将要求的各个电压、电流值记录在表1中。

同理，调节Rb值，使输出波形分别出现饱和失真和截止失真，将这两种失真情况下的静态工作点记录在表1中。

表1 静态工作点记录表

（3）动态波形测试。在多媒体课件中给出表2（红色部分），让学生抄写在稿纸上。先设置Vi峰值的50mv，频率为1kHZ的正弦信号，分别记录表1中对应三种静态工作点情况下的输出波形，让学生观察如图3中示波器显示的输入输出波形，并将对应的输出波形记录在表2中。

图3 示波器显示输入输出波形图

表2 输出波形记录表

（4）根据仿真提出问题，分析讨论，并归纳总结相应的知识点。

3.2 仿真分析讨论及知识点归纳

（1）在输出波形不失真的情况下改变基极电阻Rb时，IB与IC的关系？

知识点1：从表1中记录的数据得出三极管的电流放大倍数：

（2）发射极电流IE与集电极电流IC及基极电流IB的关系？

（3）VBE有何变化？

知识点3：三极管的基极电阻Rb减少时，各电流增大，VBE减少，但基本在0.7V左右变化。与教材中给出结论一致，即硅管发射结正向压降约为0.7V。

（4）通过波形比较，观察输出波形的变化有什么特点。

知识点4：输入、输出波形的相位关系为反相，如图2和表3所示波形。

知识点5：调节基极电阻，当基极电阻减少使静态工作点过高时，电流大，输入信号正半周易进入三极管的饱和区，导致输出波形负半周（因反相）失真，此时称之为饱和失真。

消除方法：适当调大基极电阻。

知识点6：调节基极电阻，当基极电阻增大使静态工作点过低时，电流大，输入信号正半周易进入三极管的截止区，导致输出波形正半周（因反相）失真，此时称之为截止失真。

消除方法：适当调小基极电阻。

知识点7：当三极管进入饱和区后电流放大关系式不再成立。

（6）当Rb=40K，改变的负载RL后，观察输出波形有什么变化。

在仿真电路中分别设置负载为3K、30K、300K，将仿真输出波形记录在表3中。

表3 负载改变对输出波形影响记录表

知识点8：从表3中可以看出，三极管的电压放大倍数与负载有关，负载增大，电压放大倍数增大。

3.3 总结并布置作业

对以上仿真过程进行总结，特别是电路的仿真步骤，及其由此得到相关的知识点。最后布置相应作业，要求同学们除了用理论的方法计算分析结果外，还用仿真的方法验证分析，使学生进一步学以致用，实现理论与实践的密切结合。

4 结语

由上述案例可观察出，EDA仿真技术融入《模拟电子技术基础》的课堂教学，不仅革新了教学手段与方式，变顺序讲授为问题发现、探究式，还能激发学生的兴趣、培养学生的思维，变枯燥的理论为探究的结论。其教学效果也是截然不同的，学生厌倦的死记硬背少了，观察思考的多了，课堂气氛“百舸争流”的局面多了，让师生都能告别曾经的无奈。总之，应用DEA仿真技术辅助《模拟电子技术基础》课程教学能使抽象的知识形象化、具体化，增加学生的感性认识，加深学生对课程内容的理解与掌握，能够激发学生学习的积极性，达到提升教学效果的目的。

注释及参考文献：

[1]陈爽,陈雷．EDA仿真软件引入课堂的教学改革[J]．邢台职业技术学院学报,2010(3):12-14．

[2]刘夫江．基于EDA仿真技术的《电子技术基础》课程辅助教学[J]．临沂师范学院学报,2005,(6):99-101．

[3]聂典,丁伟．Multisim10计算机仿真在电子电路设计中的应用[M]．北京:电子工业出版社，2009．

[4]王全宇,董昱．EDA技术创设电子技术课堂教学实验环境的研究[J]．仪器仪表用户,2008(6):104-105．

Teaching Method ofAnalog Electronic TechnologyBased on EDASimulation Technology

WU Xue-jun
(School of Physics and Electronic Engineering,Hubei University of Arts and Science,Xiangyang，Hubei 441053)

Analog Electronic Technology is an important and basic professional course,which has strong theoretical property and practicality.By analyzing the shortcomings of traditional teaching methods and the advantages of EDA simulation in teaching,this article expounds an effective way to combine EDA simulation technology theory and teaching practice,shows the EDA simulation examples in the teaching of basic amplifier circuit analysis.The purpose of this teaching method is to improve teaching effect by stimulating students’learning interest and improving students'practice ability.

EDA simulation;teaching ofanalog electronic technology;Multisim;simulating demonstration

TP391.9；G642.0

A

1673-1891（2015）01-0157-04

2014-10-15

湖北省教育厅教研项目（项目编号：2012362）；湖北文理学院教研项目（项目编号：JY201136）。

吴学军（1975-），男，湖北汉川人，硕士，讲师，研究方向：电子技术与信号处理。