摘? ?要：文章對如何在電子技術(shù)演示實驗中使用虛擬儀器進(jìn)行了探討，分析了目前虛擬儀器在實驗教學(xué)使用的現(xiàn)狀以及傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足，然后根據(jù)實例討論了具體的使用方法。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器;電子技術(shù)展示;實驗;應(yīng)用

傳統(tǒng)實驗演示教學(xué)有著各自的問題，無論是使用真實的儀器進(jìn)行演示，還是使用課件、視頻和軟件，都不能滿足演示對真實性、可操作性上的需求。通過使用虛擬儀器進(jìn)行演示，可以更好地將整個實驗過程演示出來。

1? ? 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的區(qū)別

虛擬儀器所使用的軟件和硬件都經(jīng)過專門的處理，方便在實驗時更加快捷地獲得數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)收集和分析等工作當(dāng)中得到廣泛使用，能儲存實驗的各種數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)實際需要自定義相關(guān)的實驗內(nèi)容[1]。傳統(tǒng)的儀器在出廠前會被進(jìn)行一次定義，而且儀器所使用的的軟件受到封裝，用戶最后得到的儀器都已經(jīng)有了比較明確的功能，軟件和硬件嚴(yán)格綁定，功能往往也有所限制。通過計算機(jī)集成測試平臺，可以更好地滿足實驗的要求，尤其是在高校的教學(xué)工作當(dāng)中，使用虛擬儀器進(jìn)行演示能夠獲得良好的效果。虛擬儀器強大的擴(kuò)展也能夠很好地符合高校在教學(xué)工作中豐富內(nèi)容的要求，可以讓學(xué)生在較短的時間內(nèi)就完成相關(guān)的開發(fā)，并開展實驗。

2? ? 電子技術(shù)演示實驗中使用虛擬儀器的現(xiàn)狀

2.1? 虛擬儀器的內(nèi)涵

計算機(jī)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，尤其是在信號處理技術(shù)上，相比過去已經(jīng)進(jìn)步了很多。隨著軟件水平的提升，很多軟件技術(shù)彌補或者取代了硬件技術(shù)的各種功能，在計算機(jī)上就能夠更好地實現(xiàn)信號處理。并且，計算機(jī)也有很多硬件不能比的優(yōu)勢，比如計算機(jī)通過圖形操作界面和良好的交互能力，可以更好地表現(xiàn)現(xiàn)實數(shù)據(jù)，并對儀器進(jìn)行精確的控制。虛擬儀器中使用了虛擬的儀器面板，通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量，可以記錄整個測量過程，而不是直接根據(jù)實物來記錄。虛擬儀器就是一種計算機(jī)軟件，并且配合自主測試系統(tǒng)的儀器[2]。如果需要進(jìn)行電子技術(shù)的演示，通過虛擬儀器能夠讓各種軟件都得到最大限度的利用。在日常的實驗室中的傳統(tǒng)儀器，也能夠利用這樣的系統(tǒng)將各種數(shù)據(jù)在計算機(jī)上面顯示，對于學(xué)生而言只需要通過操作鼠標(biāo)鍵盤就能夠保證虛擬儀器的運行，使其能夠獲得最好的測試結(jié)果。而且為了保證結(jié)果的直觀性，還可以根據(jù)需要選擇不同的顏色、波形等。

2.2? 虛擬儀器在電子技術(shù)演示實驗中應(yīng)用概述

虛擬儀器技術(shù)在過去已經(jīng)逐漸完善，取得了非?？斓陌l(fā)展。通過虛擬設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)電流表、電壓表、示波器和信號器的所有功能，而且利用計算機(jī)虛擬儀器也能夠取代之前的手工測量，讓計算機(jī)來記錄各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)和工作。所以，目前虛擬儀器技術(shù)是非常成熟的，對科研和實驗教學(xué)都有較大的幫助。通過使用虛擬儀器，高校和企業(yè)也降低了資金上的投入，簡化了操作，讓工作變得更加簡單。

在演示實驗當(dāng)中，演示者可以將實驗設(shè)備和虛擬儀器相連，來實現(xiàn)對于實驗操作全過程的演示，并獲得最后的實驗結(jié)果。這樣的方式非常直觀，而且在省去各種操作步驟之后也能夠變得更加快捷，在實踐上也實現(xiàn)了明顯的節(jié)約。目前，高校和企業(yè)都是使用虛擬技術(shù)進(jìn)行電子演示實驗的，可以演示的實驗類型也十分豐富，包括二極管伏安特性曲線演示實驗、共射極單管放大實驗等，對于一些比較復(fù)雜的實驗，包括交流反饋放大倍數(shù)穩(wěn)定性試驗等也有著巨大的影響，這些都可以采用虛擬儀器技術(shù)來完成實驗。

2.3? 虛擬儀器演示實驗系統(tǒng)

虛擬儀器演示實驗系統(tǒng)包括實驗部分的電路板塊、數(shù)據(jù)采集器和計算機(jī)，實驗部分包括一個具有大量插口的板子，保證能夠演示不同的實驗內(nèi)容。負(fù)責(zé)虛擬儀器的測量的主要是計算機(jī)和數(shù)據(jù)收集器。計算機(jī)系統(tǒng)和普通的計算機(jī)系統(tǒng)不同，主要的區(qū)別在于安裝了能夠?qū)ｉT演示實驗的軟件[3]。而且在演示工作當(dāng)中，由于計算機(jī)的通用性，能夠演示很多不同角色，儀器測量、數(shù)據(jù)顯示以及對實驗的控制，都能夠很好地在屏幕上反映出來。目前學(xué)校里面使用比較多的是NI公司的是虛擬套件。這些套件能夠進(jìn)行全面的信號分析，也集成了信號源等不同功能，可以非常全面地演示各種實驗。實際工作當(dāng)中，會將數(shù)據(jù)采集卡和電腦相連，檢測無誤之后就可以在工作臺上構(gòu)建出需要的電路圖，然后模擬實驗，并將實驗結(jié)果通過幻燈片反映到屏幕上。

3? ? 電子技術(shù)演示實驗教學(xué)方式的問題

3.1? 視頻演示方式存在的問題

視頻演示的方式都是采用提前進(jìn)行錄制的方式開展演示工作，需要專業(yè)的人員對教師的實驗流程進(jìn)行演示，然后添加相關(guān)的視頻和字母。教師在進(jìn)行電子技術(shù)演示的教學(xué)當(dāng)中，會播放相關(guān)的視頻，來給學(xué)生講解實驗的相關(guān)流程。這種通過多媒體進(jìn)行演示的方式，可以將整個實驗操作的過程立體地展現(xiàn)出來，學(xué)生也可以對實驗流程有更加精準(zhǔn)地把握[4]。但是，在錄制視頻展示文件時，必須要有專業(yè)的人員開展錄制工作，而且在完成了演示實驗的教學(xué)視頻拍攝之后，教師也很難再對其中的步驟進(jìn)行修改，使得這種教學(xué)方法沒有足夠的靈活性。

3.2? 計算機(jī)模擬仿真演示存在的問題

目前教師可以使用輔助軟件來實現(xiàn)實驗的演示，通過計算機(jī)的輔助設(shè)計軟件，能夠?qū)⑺枰母鞣N元件連接起來，然后對不同元器件設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，最后對模擬仿真的測試結(jié)果進(jìn)行分析，并且和實際的結(jié)果進(jìn)行比較，實現(xiàn)理論和實際的對比。使用這種方式的好處在于教師可以根據(jù)教學(xué)的需要對連接進(jìn)行靈活的調(diào)整，仿真結(jié)果也比較真實和客觀。但是這種方式依然只是停留在虛擬環(huán)節(jié)上，缺少真實性，所以在演示實驗當(dāng)中的教學(xué)效果也比較差。

3.3? 課件存在的問題

教學(xué)課件的演示方式是目前最常見的演示方法，教師可以根據(jù)需要利用Flash動畫，制作成PPT課件，之后在課堂上播放。這些輔助演示中會有大量的文字和聲音作為輔助，教師也可以通過對圖形的調(diào)整來展示某一個實驗流程，或者對實驗的某一個部分進(jìn)行修改。但這種方式的問題在于理論性過強，實驗結(jié)果缺少足夠的真實性[5]。而且，輔助課件在展示的范圍上十分有限，很多實驗內(nèi)容都不能表現(xiàn)出來，進(jìn)一步降低了真實性。

3.4? 實物演示方式存在的問題

實物演示是最為傳統(tǒng)的演示方法，這種方法的好處在于整個演示過程中都是十分真實的，所以獲得的結(jié)果也具有很高的說服力。但是，這樣進(jìn)行演示必然需要使用非常多的儀器，所以在教學(xué)實踐上操作十分繁瑣，應(yīng)用性存在著嚴(yán)重不足。比如許多實驗器材都需要運送到課堂當(dāng)中，如果實驗儀器的屏幕非常小，就不能保證所有人都看清實驗現(xiàn)象，導(dǎo)致演示效果不足。而且學(xué)生可能會存在視角不好的問題，并不能看見教師的演示過程。

4? ? 虛擬儀器在電子演示中的實際應(yīng)用

4.1? 二極管動態(tài)伏安特性曲線演示

半導(dǎo)體二極管伏安特性演示工作時，可以根據(jù)實驗的原理圖，同導(dǎo)線和二極管、電阻、虛擬信號發(fā)生器、虛擬數(shù)字儲存示波器等進(jìn)行連接。然后啟動虛擬儀器，利用計算機(jī)屏幕上的虛擬儀器面板對虛擬儀器進(jìn)行操作和調(diào)整。虛擬儀器可以在窗口上進(jìn)行切換，也可以同時顯示。

顯示波形信號時，可以通過鼠標(biāo)點擊信號發(fā)生波形，并且還可以改變鼠標(biāo)的頻率、波動的振幅等，使其能夠輸出合適的低頻正弦信號。之后，還可以調(diào)整虛擬示波器的測量通道、標(biāo)尺、時基和衰減振幅等，最后能夠形成比較穩(wěn)定的波形，得到伏安特性曲線[6]。對于曲線可以進(jìn)行放大顯示，也可以在計算機(jī)當(dāng)中儲存。如果需要進(jìn)行演示，可以直接將儲存的數(shù)據(jù)調(diào)出，顯示整個操作過程，或者可以打印出來，使用非常方便。

4.2? 單機(jī)低頻放大器演示實驗

在進(jìn)行單機(jī)低頻放大器的實驗演示時，通過將單級低頻方放大實驗電路板放在視頻展示臺上，然后通過投影儀來呈現(xiàn)圖像，就能夠讓學(xué)生看清電路板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后利用虛擬儀器來掩飾單級低頻放大器的輸入電壓和輸出電壓，以及放大器的波形和相位差，也能夠在投影儀上播放。

實驗時，可以將虛擬信號發(fā)生器放在放大器的輸入端，然后虛擬數(shù)字的儲存示波器CH1探頭和放大器輸出端相連接，CH2探頭與放大器的輸入端相連接。之后，開啟虛擬儀器面板，開始對虛擬信號發(fā)生器發(fā)出的信號進(jìn)行調(diào)整，選擇正弦波形，將頻率調(diào)整為1 kHz，幅度為15 mV，再對虛擬示波器進(jìn)行調(diào)整，CH1的通道電壓為0.5 V/格，CH2通道的電壓為15 mV/格。之后，在計算機(jī)屏幕就會有輸入電壓和輸出電壓的曲線，兩個曲線會采用不同的顏色顯示，經(jīng)過計算電壓被放大了80倍。然后在對電位器W進(jìn)行調(diào)整，改變?nèi)龢O管的工作狀態(tài)，能夠看到波形出現(xiàn)飽和失真和截止失真的情況[7]。并且，計算機(jī)的聲卡和影像也能夠?qū)︻l率的變化進(jìn)行監(jiān)控，最后得到放大器飽和失真的波形圖。如果需要觀察單級低頻放大器的頻率特性，可以使用虛擬信號發(fā)生器和頻率特征特性而使儀器演示曲線的變化。

5? ? 結(jié)語

虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展讓測試技術(shù)比以前有了更好的發(fā)展，而利用虛擬儀器開展教學(xué)工作，也成了目前教學(xué)工作的發(fā)展趨勢。使用虛擬儀器能夠很好地解決視頻教學(xué)、課件教學(xué)、軟件模擬在真實性上的不足，而且也可以避免實物教學(xué)過多的儀器使用導(dǎo)致繁瑣。因此，教師需要在教學(xué)工作中使用更多虛擬儀器，提高教學(xué)水平，使學(xué)生更好地了解實驗過程。

作者簡介：伏乃林（1972— ），男，江蘇宿遷人，實驗師，碩士;研究方向：安全管理。

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Abstract：This paper discusses how to use virtual instrument in demonstration experiment of electronic technology， analyzes the present situation of virtual instrument used in experiment teaching， and analyzes the deficiency of traditional teaching method. Then the concrete usage method is discussed according to the example.

Key words：virtual instrument; electronic technology display; experiment; application