随着电子技术的飞速发展,电子实践课程已成为高校培养工程类人才的重要环节,而在课堂上学生无法动手实践老师讲授的内容,所以在模拟电子技术多媒体课件中应用仿真技术对提高学生理解所学的内容有很大帮助,同时对提高大学生的动手实践能力有很重要的作用。本文主要阐述了SPICE仿真技术在模拟电子技术多媒体课件中应用的意义、优点,并且对模拟电子技术多媒体课件应用SPICE仿真技术的制作内容和方法进行了探讨和研究。
《电子设计技术》国家级电子科技杂志,创刊于1994年,由中国电子报社主办。 本刊办刊宗旨:成为中国电子设计业主导刊物,读者:电子设计业工程师及技术管理人员。荣获2001年获信息产业部1999-2000年度电子科技期刊出版质量奖、2004年获信息产业部2003-2004年度电子科技期刊报道选题奖。
在传统的模拟电路的讲解中,教师把各种器件的原理及应用采取灌输的方式传授给学生,这样导致学生很少有机会对出现的数据进行多样化的分析,造成了学生对基本器件的感受不深刻,对问题研究不深入,对实验课程重视度不够,无法激发他们对理论课程学习的积极性,在这种教学方法下,培养出来的学生实际操作能力差,对实践知识的掌握不扎实,适应不了实际工作的需要,也无法满足当前素质教育的要求。随着计算机技术的发展,计算机辅助设计和仿真为模拟电子技术的教学开辟了一条新的途径,仿真可以帮助学生不用实验就能深刻理解老师讲解的内容,同时还能培养学生的电子创新能力,尤其是电子器件的认识能力,打破了学生在学习过程中单纯的理论学习所带来的各种死记硬背的弊端,在学生理论学习的基础之上通过感性认识的方式真正看到器件的参数,理解各种器件用法。积极引导和鼓励学生自主研究、合作交流、动手操作和创新思考,提高学生综合素质能力。
一、SPICE仿真技术在模拟电子技术多媒体课件中应用的意义
近年来,电子业的发展十分迅速。实验是电学教学中的关键环节,对于帮助教师说明电学原理、使学生深入理解电学规律有重要作用。在传统的多媒体教学中,教师会遇到一系列的难题:在课堂上无法展示实验的过程和结果,即使有些设备带入课堂但例如示波器的屏幕太小,无法使全体学生看清波形图线;示波器也不能稳定地显示电路的瞬态曲线等。从传授科学思想和方法的角度来看是有缺陷的。仿真是随着计算机技术的发展而逐步兴起的一项工程技术。它用一系列的数学表达式和模型建立对真实世界物体及其相互关系的描述,通过解算方程得到有关结论信息。现在,仿真技术已进入了实用化阶段,成为技术人员不可或缺的工程设计方法。在电子技术领域也是一样,有很多专业软件公司致力于电路仿真软件的开发。现在已经有很多性能优异的电路仿真软件(或电路设计软件的仿真组件),如美国Cadence 公司的PSPICE、澳大利亚Altium 公司的Simulate、加拿大Electronics Workbench 公司的Multisim 等都是知名的电路仿真软件。电路仿真工具一般包括在电子设计自动化软件中。这些软件的核心是电路仿真语言SPICE。它们提供了电学仿真所需要的全部信号源和大量的电子元器件模型。半导体器件生产商也将其产品的SPICE 模型放在网站上,以供用户选用。电路仿真软件可以再现实验室中绝大多数电子实验,所得结果和用实物实验结果非常接近。所以在课堂上就能演示实验,使学生能够在课堂中就能看到生动的实验结果,增强学生的记忆,对帮助学生理解知识是十分有意义的。
二、SPICE仿真技术在模拟电子技术多媒体课件中应用的优点
在现代教学过程中,将仿真与多媒体教学、理论分析相结合,可大大激发学生的学习兴趣,提高学习效率。在授课过程中,通过图示法、逻辑分析法、对比法对电路进行分析,并且采用电路仿真分析软件,使学生能够清楚的观察到电路内部的变化情况,形象生动,帮助学生理解并掌握模拟电子技术的重点和难点知识。在传统教学方法和手段的基础上引人计算机仿真技术,具有以下三个优点:
1、图形展示,形象生动,易于理解。首先通过对基极分压式共射极放大电路进行分析,搭建电路模型,对电路中电压、电流参数及相互间关系进行详细分析;其次通过计算机仿真软件进行电路分析仿真,通过电路中信号波形的变化,使得学生加深对电路作用的理解,加深理解静态工作点对放大电路的重要作用。
2、提高学生逻辑分析能力。在课堂教学中,从现实生活中出现的电路问题入手,提出问题,分析原因、拿出解决方法,仿真结果验证等。通过这样一个过程,让学生锻炼一种逻辑思维习惯,更重要的是通过该课程的学习,培养学生处理电路实际问题中的方法。
3、对比分析,提高学生发现问题、解决问题的能力。在模拟电子学习过程中有大量的电路图,在进行电路分析时,通过将两个或多个电路进行对比分析,可以发现相互之间的异同,从而加深记忆,便于掌握。以放大电路中静态工作点为例,在学习时,通过对基极分压式共射极放大电路和分压式静态工作点稳定电路进行分析对比,改变双极型三极管的参数,模拟电路受到外界温度变化时电路内部信号的变化情况,来对比观察两个电路中信号的变化情况。
三、SPICE仿真技术在模拟电子技术多媒体课件中的实现
SPICE电路仿真软件一般内置电路图设计、仿真分析和波形处理等几个模块。用以完成相应的电路图绘制、设置仿真参数和运行仿真以及对仿真波形进行数据处理等。软件支持的电路分析工具包括直流工作点计算、交流小信号分析、瞬态分析,噪声分析,传输分析、温度扫描分析、参数扫描、傅利叶分析和噪声分析等。我们运用仿真分析工具可进行更多的电路分析实验。如温度扫描可得到在不同的环境温度下电路的状态;参数扫描可得到元件参数变化时电路的状态;对晶体管进行直流扫描可得到输入输出特性曲线等等。在模拟电子技术多媒体课件中我们主要对二极管电路、三极管放大电路、功率放大电路、反馈电路、整形滤波电路、电源电路等进行了仿真分析。
在带有仿真的模拟电子技术多媒体课件制作中要精心设计脚本,综合编排图片、影像、声音等素材。合理组织开发各个仿真程序,把教学内容和仿真实验紧密的联系在一起。在开发完教学课件后还要认真测试维护。在教学课件制作完成以后,并不等于完事大吉,还应对其进行反复的测试、试用,以便于发现并解决问题,尤其是对学生反馈的意见要认真研究对待,力争制作出对大多数学生适用的课件。另外,随着知识的不断更新、教学内容的不断发展以及教学形式的不断改进,带有仿真的多媒体教学课件也需要不断地加以修改、完善,以适应课堂教学发展的需要。
四、综述
改革传统教学, 探索新的教学技术手段是目前大多数学校教学技术改革中的重中之重。由此可见,对于电类专业,工程中仿真技术的应用确实有利于提高我国高校学生的实践能力和创新能力。我们只有在实践的教学中不断探索, 认真研究和总结经验, 才能使教学效果达到预期的目标,才能不断提高我们的教学质量。
参考文献:
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