陳 棟

九江學(xué)院電子工程學(xué)院，江西九江 332005

模擬電子技術(shù)課程是高校電子類以及各相關(guān)專業(yè)必修的基礎(chǔ)課。模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)關(guān)系到學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的掌握程度以及實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等眾多方面，所以實(shí)驗(yàn)在該課程中占有十分重要的位置。

1 傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的局限性

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)更側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的思維方式與創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。傳統(tǒng)儀器的功能單一，簡單的實(shí)驗(yàn)往往要好幾臺(tái)儀器設(shè)備，而且接線繁瑣。限制了學(xué)生花更多的時(shí)間和精力做設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新精神十分不利。隨著近年的高校擴(kuò)招，學(xué)校一般很難滿足這些硬件要求，不利于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程。所以，傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)方式已經(jīng)不再適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求。

2 模擬電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室

虛擬實(shí)驗(yàn)室主要是利用計(jì)算機(jī)模仿真實(shí)過程的實(shí)用技術(shù)。同時(shí)，以數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為平臺(tái)，以多媒體技術(shù)為輔助的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)室。實(shí)時(shí)的仿真功能，使實(shí)驗(yàn)可以取得與實(shí)際高度吻合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.1 仿真軟件

Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用模擬電路的設(shè)計(jì)工作。它包含了原理圖的圖形輸入、硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，適合模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以使用Multisim交互式地搭建模擬電路原理圖，并對(duì)模擬電路進(jìn)行仿真并且分析。

整個(gè)操作界面就像一個(gè)模擬電子實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)，繪制模擬電路所需的元器件和仿真所需的測(cè)試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點(diǎn)鼠標(biāo)可用導(dǎo)線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實(shí)物相似，測(cè)量數(shù)據(jù)、波形和特性曲線如同在真實(shí)儀器上看到的；提供了世界主流元件提供商的超過17 000多種元件，同時(shí)能方便的對(duì)元件各種參數(shù)進(jìn)行編輯修改，能利用模型生成器以及代碼模式創(chuàng)建模型等功能，創(chuàng)建自己的元器件；提供了22種虛擬儀器進(jìn)行模擬電路動(dòng)作的測(cè)量，這些儀器的設(shè)置和使用與真實(shí)的一樣，動(dòng)態(tài)互交顯示。

2.2 虛擬儀器

虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。

當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的虛擬儀器是LabVIEW，它是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。

虛擬儀器的主要特點(diǎn)有：盡可能采用了常用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件；可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器；用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。

2.3 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

基于校園網(wǎng)可以很方便的構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示。

2.4 模擬電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)

1）在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上就可以實(shí)現(xiàn)如示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、電壓表等儀器功能，而且能夠建立模擬電路進(jìn)行分析?；谲浖捏w系結(jié)構(gòu)減少了儀器費(fèi)用；

2）虛擬實(shí)驗(yàn)室無須配備各種傳統(tǒng)教學(xué)儀器，可以通過軟件設(shè)計(jì)使虛擬儀器和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備不斷更新。學(xué)生在計(jì)算機(jī)上操縱各種虛擬儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，就如同是在操作傳統(tǒng)儀器一樣，與通過硬件實(shí)驗(yàn)做出的結(jié)果一致。把實(shí)驗(yàn)室搬到了網(wǎng)絡(luò)，使得學(xué)生可以在任何時(shí)間以及任何地點(diǎn)，只要有接入網(wǎng)絡(luò)的PC就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

3）在虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以主動(dòng)設(shè)置故障、實(shí)驗(yàn)，不斷地得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。并且可以修改參數(shù)，在不必?fù)?dān)心損壞儀器的情況下，迅速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，檢驗(yàn)自己對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握情況。學(xué)生還可以做一些趣味性的電路，如彩燈控制、交通燈控制等控制電路以及各種報(bào)警電路。改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性；

4）模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的在于提高學(xué)生的分析能力、判斷能力及創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可初步培養(yǎng)與提高這方面的能力。在實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生根據(jù)給定題目內(nèi)容獨(dú)立完成電路的設(shè)計(jì)、元器件的選擇、電路的安裝與調(diào)試，擬定實(shí)驗(yàn)步驟、測(cè)試內(nèi)容及方法等。比如說負(fù)反饋放大電路、集成運(yùn)算放大電路的應(yīng)用等設(shè)計(jì)型電路。對(duì)每一個(gè)學(xué)生來講這不僅是一次工作能力的考察，也是一次綜合能力的鍛煉與培養(yǎng)；

5）加強(qiáng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。當(dāng)前社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)的操作技能要求很高，利用模擬電子技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)室，將計(jì)算機(jī)應(yīng)用融入日常的教學(xué)中，逐步培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。

3 結(jié)論

硬件實(shí)驗(yàn)雖然有著一些成本高等問題，卻容易加深學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和動(dòng)手能力。雖然虛擬實(shí)驗(yàn)室優(yōu)點(diǎn)很多，但也存在一些不足，例如：標(biāo)稱值與實(shí)際值的誤差、器件老化、元件參數(shù)誤差、干擾信號(hào)的影響等在虛擬實(shí)驗(yàn)中很難反映出來。學(xué)生動(dòng)手能力的提高還須經(jīng)過硬件實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際操作來達(dá)到目的。

所以，一個(gè)完備的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)可以同時(shí)進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)?；緝x器、儀表的使用，元器件的使用以及常用模擬電路要求學(xué)生完全通過硬件來實(shí)現(xiàn)，提高學(xué)生的實(shí)際技能和動(dòng)手能力。一些復(fù)雜電路則可以通過仿真軟件與虛擬儀器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

[1]張毅剛.虛擬儀器技術(shù)介紹[J].國外電子測(cè)量技術(shù)，2006，25(6)：1-6.

[2]杜寶強(qiáng)，葉會(huì)英.模擬電子線路虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].國外電子測(cè)量技術(shù)，2005，24(7)：1-4.

[3]張易知.虛擬儀器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[4]曹軍義，劉曙光.虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展與展望[J].自動(dòng)化與儀表，2003，18(1)：1-5.

[5]林群，朱善安.基于Internet的電工電子網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室[D].浙江大學(xué)，2004.