李淑明 姜玉亭 李曉冬 蔡春曉

（桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004）

LabView在模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

李淑明 姜玉亭 李曉冬 蔡春曉

（桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004）

模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是理工科電類專業(yè)非常重要的一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，在學(xué)生的培養(yǎng)中起到非常重要的作用。文章首先列舉LabView特點(diǎn)，然后通過(guò)實(shí)例分析和討論LabView在模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中單級(jí)放大電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K教學(xué)中應(yīng)用，讓學(xué)生能更好的理論聯(lián)系實(shí)踐，提高學(xué)生設(shè)計(jì)能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力，從而提高實(shí)踐能力。

模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)；LabView；實(shí)踐能力

1 引言

模擬電子技術(shù)是一門理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程，模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)作為高等理工科院校的電類各專業(yè)本科生必修的一門非常重要的基礎(chǔ)課程，既是模擬電子技術(shù)理論課程的實(shí)踐和應(yīng)用，又是后續(xù)專業(yè)課程的鋪墊和橋梁，還是訓(xùn)練學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能、培養(yǎng)工程意識(shí)和創(chuàng)新能力，以及提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)[1]。

現(xiàn)在大多數(shù)學(xué)校都建設(shè)了軟件仿真實(shí)驗(yàn)室，有了這些實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室先對(duì)需要完成的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理論分析和研究，然后去硬件系統(tǒng)上進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)，將硬件系統(tǒng)上測(cè)量的數(shù)據(jù)與軟件仿真獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，這樣就更能加深理論學(xué)習(xí)和分析問(wèn)題的能力。在這些軟件仿真實(shí)驗(yàn)室中，LabView虛擬實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)點(diǎn)就尤為突出，其可以隨時(shí)使學(xué)生應(yīng)用儀器對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作，真正做到理論與實(shí)踐詳解的授課方式，實(shí)現(xiàn)一邊上課一邊操作實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能現(xiàn)場(chǎng)操作儀器，馬上檢驗(yàn)理論知識(shí)，強(qiáng)化了教學(xué)效果。學(xué)生還可以利用課余時(shí)間反復(fù)操作儀器，老師就不用擔(dān)心儀器被破壞了或者擔(dān)心安全問(wèn)題。LabVIEW虛擬實(shí)驗(yàn)室能夠復(fù)現(xiàn)電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)容，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)情況和實(shí)現(xiàn)原理，為學(xué)生們提供大量的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)。LabView虛擬實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展，對(duì)實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合有很大的幫助，不僅能提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，而且還節(jié)約成本。

2 LabView的概述

LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是[2]：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 LabVIEW軟件是NI設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是開發(fā)測(cè)量或控制系統(tǒng)的理想選擇。特點(diǎn)如下[2]：

（1）盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。

（2）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。

（3）用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。

（4）LabVIEW 是一種圖形化的編程語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境，圖形化的程序語(yǔ)言，又稱為“G”語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。

3 LabView在模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)分為 8個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，本文主要介紹LabView在單級(jí)放大電路中的應(yīng)用，單級(jí)放大電路由NPN晶體管VT、集電極電阻Rc、基極電阻Rb1、Rp、Rb2、發(fā)射極電阻由Re1和Re2，耦合電容C1、C2和旁路電容C3組成，電源電壓為VCC。信號(hào)電壓經(jīng)電容C1耦合，由基極和發(fā)射極之間輸入。放大后的電壓Uo從集電極和發(fā)射極之間輸出，經(jīng)電容C2耦合至負(fù)載電阻RL。電路的結(jié)構(gòu)圖[3]如圖1。

圖1　單級(jí)放大電路原理圖

3.1LabVIEW實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算

單級(jí)放大電路要工作在放大狀態(tài)，必須選擇合理的靜態(tài)工作點(diǎn)。通過(guò)LabVIEW的運(yùn)算功能，就可以快速的計(jì)算出電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，從而能直觀的判斷，晶體管的工作狀態(tài)。首先設(shè)計(jì)LabVIEW的前面板，前面板由輸入控件和輸出控件構(gòu)成如圖2，輸入控件用于輸入電路中的參數(shù)，顯示控件用于顯示計(jì)算的結(jié)果。后面板的設(shè)計(jì)如圖 3，利用LabVIEW中的條件結(jié)構(gòu)控制程序的流程，條件結(jié)構(gòu)相當(dāng)于C語(yǔ)言中的“if.....else”語(yǔ)句。通過(guò)一個(gè)按鈕控制選擇器來(lái)控制程序運(yùn)行，在條件結(jié)構(gòu)里運(yùn)用LabVIEW函數(shù)選板中的“數(shù)學(xué)-數(shù)值”，里的加減乘除按照以下公式的運(yùn)算關(guān)系計(jì)算出基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)以及動(dòng)態(tài)參數(shù)根據(jù)圖 1可以推斷出下列相關(guān)公式[3][4]：

圖2　輸入輸出前面板圖

圖3　單級(jí)放大電路程序框圖

3.2單級(jí)放大電路LabVIEW前面板設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)單級(jí)放大電路實(shí)驗(yàn)的前面板由五部分組成，第一個(gè)部分是用來(lái)顯示共射放大電路的波形圖。第二個(gè)部分是電路的輸入?yún)?shù)設(shè)置，用來(lái)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)。第三部分是中間的數(shù)據(jù)結(jié)果的顯示，用來(lái)顯示靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)；第四個(gè)部分是用于選擇信號(hào)的采集通道，以及顯示所采集到信號(hào)的參數(shù)包括頻率、幅值。第五個(gè)部分是用來(lái)配置采集設(shè)備與電腦連接的串口信息和關(guān)閉程序運(yùn)行，單級(jí)放大電路前面板如圖4所示。

圖4　單級(jí)放大電路前面板

3.3輸出結(jié)果分析

從圖5結(jié)果的波形圖可以看出，輸出的電壓比輸入的電壓放大了好幾倍，而共射單級(jí)放大電路有個(gè)特點(diǎn)，就是輸出電壓與輸入電壓的相位相反。但是從表面上看，并不明顯含三極管的集電極電流，似乎表明電壓放大倍數(shù)Au與晶體三極管的集電極電流大少無(wú)關(guān)。其實(shí)不然，因?yàn)槿龢O管的動(dòng)態(tài)電阻rbe與三極管靜態(tài)發(fā)射極電流（也可以表示為集電極電阻）IEQ有關(guān)，靜態(tài)電流IEQ增加時(shí)rbe變小，這導(dǎo)致電壓放大倍數(shù)的增大。因此一個(gè)共發(fā)射極放大電路的電壓放大倍數(shù)是和三極管的靜態(tài)集電極電流有關(guān)的，電流增加時(shí)，放大倍數(shù)也增加[3]。

圖5　單級(jí)放大電路輸出輸入波形圖

4 結(jié)束語(yǔ)

利用 LabView虛擬實(shí)驗(yàn)體系[5]，只要一臺(tái)計(jì)算機(jī)，學(xué)生就能隨時(shí)隨地的對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的LabView實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)自主進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，從而提前對(duì)本次實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)進(jìn)行研究，再與通過(guò)硬件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，從而達(dá)到提高學(xué)生分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)電路能力，進(jìn)而達(dá)到提高實(shí)踐動(dòng)手能力。

[1] 晏湧.模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室技術(shù)與管理,2012,29(4):288-290.

[2] 陳國(guó)順,張桐.精通LabVIEW程序設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012.

[3] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)第四版[M].北京:高等教育出版社,1999.

[4] 李淑明.模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)·設(shè)計(jì)·仿真[M].成都:電子科技大學(xué)出版社,2010.

[5] 劉宏波.LabVIEW 在通信原理課程中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2009,7(1):15-17.

Research on application of LabView in analog electronic technology experiment

Analog Electronic Technology Experiment is the basis of experimental electric Specialty important a combination of theory and practice in engineering, play a very important role in the students' culture, this paper include LabView characteristics, and then analyzed and discussed by example LabView single stage amplifier circuit experiment modules Teaching in Analog Electronic technology Experiment, to enable students to better integrate theory with practice, improve students' ability to design, analyze problems and problem-solving skills, thereby enhancing the ability in practice.

Analog electronic technology experimen; LabView; practical ability

TN710.9

A

1008-1151(2015)09-0154-02

2015-08-15

“電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)”（ZJW11060）；“基于超寬帶雷達(dá)電磁特征的隱藏人體目標(biāo)探測(cè)技術(shù)研究”（2013jjAA70025）。

李淑明（1973－），女，江西九江人，桂林電子科技大學(xué)教學(xué)實(shí)踐部高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)閿?shù)字圖像處理。