虛擬電子工作臺在電子技術實驗教學中的應用

摘 要： 虛擬電子工作臺在電子技術實驗教學中的應用是現代教育發展的一種趨勢，文章介紹了虛擬電子工作臺的主要性能和特點及電子技術虛擬實驗的基本方法和仿真實例，體現了虛擬電子工作臺在電子技術實驗中具有明顯的優勢，是傳統電子技術實驗的補充和發展。

關鍵詞： 虛擬電子工作臺 電子技術 虛擬實驗 直流工作點

虛擬電子工作臺（簡稱EWB）實驗是利用計算機構造一個實驗模擬環境，通過建立模擬電路并對模擬電路的數據和功能進行分析而達到實驗效果和目的的一種新的實驗方法。EWB軟件可以在計算機上建立電子元件型號及參數庫，通過選擇實驗所需的電子元件型號、參數和虛擬測試儀器就可進行模擬電路的連接和仿真運行和測試，并在模擬儀器上讀出測試結果，特別易于學生學習和使用。作為傳統電子技術實驗的補充，EWB使學生掌握仿真軟件技術，間接了解電子元件設計和制造的發展動向，它既繼承了實物實驗可操作性、參與性強的優點，又利用了計算機的優勢，凸顯了其直觀、動態模擬、迅速準確、資源共享、資金投入量少等特點。

1. EWB的主要功能

EWB具有齊全的虛擬電子設備，在虛擬電子平臺上操作這些設備如同操作真實的設備一樣，非常真實，操作起來也更加容易。EWB提供了相當廣泛的元器件，還提供了較大的選擇余地，學生也可以根據元器件生產廠商的產品使用手冊中的元器件參數添加新的元件或擴充已有的元器件庫。同時根據EWB提供的圖形操作界面，學生可單擊鼠標，托放虛擬元器件或測試儀器，輕松地完成原理圖的輸入和連線，同時也允許用戶調整電路連線和元件的位置及自動排列連線的功能，它具有如下特點：

（1）功能完善，實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以做各種類型實驗。

（2）實驗不消耗器材，實驗所需器材種類和數量不限制，實驗成本低。

（3）實驗速度快，效率高，易于開展各種設計性實驗，提高了電路設計和實驗效率。

2.使用EWB進行虛擬實驗的基本方法

學生可以根據教學內容和要求創建一個線路圖，按下電源開關后，就可以從示波器等測試儀器上讀得電路中被測數據。整個運行過程可分成以下幾個步驟：

（1）數據輸入：將已創建的電路圖結構、元器件數據讀入，選擇分析方法。

（2）參數設置：程序會檢查輸入數據的結構和性質，以及電路中的闡述內容，對參數進行設置。

（3）電路分析：對輸入信號進行分析，它將占據CPU工作者的大部分時間，是對電路進行仿真和分析的關鍵。它將形成電路的數值解，并將所得數據送至輸出級。

（4）數據輸出：從測試儀器如示波器或萬用表上獲得仿真運行的結果。也可以從“分析”欄中的“分析顯示圖”中看到測量、分析的波形圖。

3.實例分析

（1）在EWB上先創建需進行分析的電路圖如圖1所示。

（2）選定“選項/參數”欄中的“電路選項（Schematic Options）”，選定“顯示節點名（Show Nodes Name）”，把電路的節點標志（ID）顯示在電路圖2上。

（3）在“仿真/分析（Analysis）”欄內選定“直流工作點（DC Operating Point）”，如圖2所示。設置要仿真的節點，然后運行仿真（Simulate），EWB會自動把電路中所選節點的電壓數值和電源支路的電流數值顯示在“分析圖（Analysis Graph）”（如圖3所示中）上。

由此可見，一臺計算機加一套EWB軟件，就相當于擁有了一個設備先進的虛擬電子實驗室。

4.充分發揮虛擬電子平臺仿真技術在教學中的作用

現代教育的職能已成為為學習者服務、為用人單位服務。人才需求的變化，技術發展之快更是需要有人才培養的超前意識。這就需要我們創新思維，創新教學手段。學校實驗教學應以技術為突破口，引入計算機輔助教學手段，將虛擬電子平臺仿真技術技術引入到各專業的教學中，利用計算加軟件功能，完善原始的教學設備，提高教學質量，解決部分實踐性環節教學難題，從而加快高素質人才培養速度。

綜上所述，虛擬電子平臺仿真技術，必將引領今后的實驗教學發展方向，對實驗教學方法和手段的改革起到推動作用。

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