虚拟仿真技术在高职电子技术教学中的实践应用

虚拟仿真技术在高职电子技术教学中的实践应用

覃喜1，成世龙2

（广西交通职业技术学院，广西 南宁 530023）

以二阶有源滤波器的设计与仿真为例，文章阐述了Multisim电路设计与仿真在教学中的应用。实践表明，该仿真软件的虚拟仿真设计环境，具有不受实验场地、时间空间的限制，快速完成由理论电路到目标电路转变的特点，极大地促进了电子电路的设计与开发，促进了电子信息类专业课程的教学和实训改革。

电路设计；虚拟仿真；Multisim 1电类课程教学背景及现状

近些年来，随着科技的高速发展和各种智能电子产品的快速普及，大学生在课堂上的学习积极性以及对课程的兴趣大大降低。因此在教学中引进虚拟仿真技术是非常有必要的，一方面，降低了学生在硬件开发过程中的调试难度，缩短了电子系统课程设计开发时间，从而提高了教学效率；另一方面，在课程设计中培养了学生开发设计的创新思维，提高学生们对课程的兴趣。

2　虚拟仿真教学案例的建立

2.1 利用Multisim构建虚拟实验室

Multisim以Windows为基础的仿真工具，它作为一种强大的电子电路设计、仿真软件，可以对模拟电路、数字电路进行系统的仿真。它强大的仿真功能，能够帮助我们快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。我们可以直接在Multisim中创建一个具有完整组件库的电路图，然后模仿电路行为，实现在PC端就可以对电路进行调整与验证。对学生来说，在实验实践课程上通过仿真软件去设计并实现电路的设计与验证，是一个较为轻松且更容易接受的方法。而且Multisim在科研开发，电子设计竞赛等方面都有很大的帮助。因此利用Multisim构建虚拟实验室是十分有必要的。

采用模拟仿真技术，在电路图设计阶段就可以对设计进行验证，验证所设计的电路或者选用的方案是否达到设计要求的技术指标，还可以通过改变元器件参数使整个电路的性能最优化。这样节省了制作周期与经费，提高了设计效果与质量。

3　仿真技术与实际电路制作的相互转换

3.1 基本原理电路的设计

基本原理图的设计是电子设计的基础，根据设计要求，确定电路实现目标是设计过程中不可或缺的一部分。该种滤波器的作用是只允许在某一个通频带的范围内的信号通过，并且比通频带下限频低和上限频率高的信号均被加以衰减和抑制。典型的带通滤波器可以由二阶低通滤波器其中的一阶改成高通的滤波器而成。

设计一个有源二阶带通滤波器，其指标要求如下：

中心频率为：f0=2 000Hz，通带中心频率的放大倍数为：Au=10；带宽为：Δf=100Hz。

根据以上的设计要求，第一步先确定电路，其采用的电路结构如图1所示。

图1 二阶有源滤波器

根据以上的公式推导计算出该滤波器电路的电阻电容的参数，将通过Multisim仿真软件绘制得到，如图2所示。

图2 Multisim仿真电路

图中分别串联输入了3个幅值均为1Vpp的正弦波信号，其频率分别为200Hz，2kHz，20kHz。通过以上的仿真结果，可以知道输入的混合频率的波形，最终输出放大了10倍的2kHz的正弦波，而小于2kHz和大于2kHz的200Hz信号及20KHz的信号被有效地衰减和抑制，从而滤出2KHz的信号，达到了预期的设计目标。

通过虚拟仿真设计的二阶有源滤波器，在教学的过程中可以加深学生对滤波器的理解，更方便地让学生掌握通用滤波器的设计方法。与此同时，在调试仿真电路的过程中，通过Multisim软件来灵活调整元器件的参数，大大节省了学生调试电路的时间，为实际硬件电路的设计提供了可靠的理论依据。

3.2 基于虚拟仿真技术的课程设计教学改革

Multisi软件为电子信息工程技术专业的课程设计及教学提供了丰富的元件库、虚拟仪器仪表、电路参数仿真分析方法，可以利用其设计虚拟仿真实验进行课程设计的教学改革，丰富教学案例，并能够通过其电路元器件的参数设计，方便地进行基础课程教学的开展，通过虚拟仪器仪表的参数分析，得到每一个元器件的特性信息，提高教学设计的效果，锻炼学生设计电子电路的实践能力，激发了学生的求知欲及创新意识。在此过程中需要如下几方面的问题。

（1）虚拟仿真实验的有效开展，需要加强虚拟仿真实验室的平台建设工作，需要配备有高性能的计算机作为基本的硬件支撑，以及完善的虚拟仿真软件平台，为课程的设计中应用提供软硬件的保障。

（2）电子电路的设计是综合性的实践教学，尤其是在高职类院校体现得较为明显，该部分的内容需要电子电路理论知识与工程实践问题相结合。在滤波器的设计过程中，可以查找有关滤波器设计的相关书籍进行电路形式的确定。然而在具体的电路元器件的参数选取时，则必须根据实际的需求运用公式进行计算。在实际的工程实践中，通常所计算出的理论值与实际电子元器件的参数存在一定的误差，因此必须考虑误差值，才能确定元件参数。

（3）虚拟仿真教学案例库的设计，目前虚拟仿真实验还处于探索阶段，教学环节中对哪些电路模利用虚拟方正辅助完成教学的定位还不是很清晰，而这将是对教学案例库进行整合设计，也是课程教学改革当中必须要解决的关键问题之一。

4　结语

利用Multisim软件进行电子电路设计、仿真就可打破常规实验室资源利用比较低效对电路设计造成的限制。针对电子专业课程理论性强、高应用能力等教学特点，在新的高等教育形势下，高职院校教师应结合当前高职学生的特点，在拓宽学生职业生涯的基础上对传统教学方式进行改革与创新。

而虚拟实验室的创建，是一种低投入高产出、资源共享的全新的办学理念，也必然是高校未来发展的趋势。基于Multisim环境下的虚拟电子实验室是对传统实验教学模式的革新，技术优势十分明显，非常适合新世纪高素质人才培养的新模式，其应用前景在高校课程教学中十分广阔。

［1］康华光.电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，1999.

［2］王成安，毕秀梅.数字电子技术及应用［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［3］钟斌，曾超. Multisim仿真在通信课程设计教学改革中的应用［J］.福建电脑，2016（2）：40-41.

［4］李海娜，陈源. Multisim仿真及分析在电路教学中的应用［J］.电子世界，2015 （22）：161-164.

Practical application of virtual simulation technology in the teaching of higher vocational colleges' electronic technology

Qin Xi1， Cheng Shilong2
（Guangxi Vocational and Technical College of Communications， Nanning 530023， China）

Example for 2nd-order active flter design and simulation， this paper elaborated application of Mulitisim circuit design and simulation in teaching. Practice shows that the virtual simulation designed environment of simulation software has the characteristic that it can quickly complete the transformer from theory circuit to target circuit not subjected to the experimental site， time and space constraints，which not only infnitely promoted the electronic circuit design and development， but also promoted the teaching reform and practical training reform of electronic information specialty courses .

circuit design； virtual simulation； Mulitisim

覃喜（1991— ），男，广西柳州，助理工程师；研究方向：电子信息技术。