EDA技術在電路基礎課程教學中的應用

龍劍

（湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421002）

EDA技術在電路基礎課程教學中的應用

龍劍

（湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421002）

筆者通過對電路基礎課程教學中存在的問題分析和對EDA技術功能特點的闡述，提出將EDA技術應用于電路基礎課程教學中，提高教學效果，培養學生的創新意識。

EDA；電路基礎課程教學；演示實驗；創新意識

EDA即電子設計自動化（ElectronicDesign Automation），是指以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術最新成果而形成的一門新技術，是一種能夠設計和仿真電子電路或系統的軟件工具。由于仿真軟件能夠在計算機上真實地反映電路的工作狀態，相當于一個虛擬的實驗平臺，因此在電路基礎課程教學中，引入EDA技術，利用EDA軟件的仿真功能進行輔助教學，通過演示、測試、驗證、糾錯和創新設計電路，加深學生對電路本質的理解，擴展講課內容，大大提高課堂教學效果與信息量。

1 電路基礎課程教學的現狀

電路基礎課程理論嚴密、邏輯性強，物理概念多，與工程實際聯系緊密。學好電路基礎課程，對培養學生的科學思維、靈活運用所學知識的能力，樹立理論聯系實際的工程觀點，提高分析問題和解決問題的能力都有重要的作用。但是理論課教學中講解到一些電路時，有些內容抽象不易理解，學生由于缺乏感性認識而往往會產生枯燥無味的感覺，導致不能很好掌握教學內容，學生聽課效率和學習積極性受到影響。

目前電路基礎教學存在局限性。首先課堂理論教學，雖已采用了傳統教學方式與現代多媒體教學相結合，但是對于電路現象及相應參數的解釋，有些方面還是無法讓學生完全理解掌握。例如諧振電路中的頻率特性分析及曲線的解析，這主要是學生無法從具體的電路模型中產生對知識的感性認識和了解；其次，實驗教學，雖然都有相應的實驗設備，但是受到學時限制、實驗內容更新滯后及實驗室條件的限制，使教學效果大打折扣；最后，實踐教學，目的是讓學生綜合運用所學知識完成電路的分析設計。但是由于不可能為每一個學生都配備相應的實驗設備和儀器，一直以來大多數學生根本無法真正完成所謂的“設計”，很多學生都是將教材或參考書上的內容照搬到設計報告上，導致實踐課程流于形式，與所要達到的教學目的相距甚遠。另外電路基礎實訓中，在實訓課題中存在一些不安全因素，束縛了學生的主動性和積極性。

2 EDA技術的功能特點

（1）EDA仿真軟件能便利快捷地建立電路原理圖。EDA仿真軟件具有非常完備的元器件庫，幾乎涵蓋了絕大多數元器件的仿真模型。

（2）EDA仿真軟件測試電路性能參數及波形準確直觀。EDA仿真軟件提供了豐富的虛擬儀器庫，既包括常用的電壓表、電流表、模擬示波器等常用儀器，還包括邏輯分析儀、數字示波器及普通實驗室較難配備的高端儀器。這些儀器儀表不僅外形和使用方法與實際儀器相同，而且測量的數值和波形更為精確可靠。

（3）EDA仿真軟件強大的分析功能。EDA仿真軟件可以進行直流工作點分析、交流分析、瞬態分析、付里葉分析、噪聲分析、失真分析、直流掃描分析、參數掃描分析、靈敏度分析、傳輸函數分析、批處理分析、噪聲圖形分析及RF分析等一系列的分析。分析結果以數值或波形直觀的顯示出來，為學生設計分析電路提供了極大的方便。

（4）EDA仿真軟件提供了與其他軟件信息交換的接口。例如Multisim 2001可以打開由PSpice等其它電路仿真軟件所建立的Spice網格表文件，并自動形成相應的電路原理圖。也可將Multisim 2001建立的電路原理圖轉換成網格表文件，提供給Ultiboard模塊或其它EDA軟件（如Protel、Orcad等）進行印刷電路板圖的自動布局和自動布線。

3 EDA在電路基礎課程教學中的應用

（1）將EDA引入課堂，進行演示性實驗。在教學中通過多媒體技術，使用EDA仿真軟件進行隨堂設計、演示，能及時的把空洞的理論和看不見摸不著的各種參數值、電壓值及實際波形活靈活現的展現出來。清晰的給出電壓、電流及信號的特征和變化過程，可以將過去課堂上一些簡單的原理分析，變成形象的演示，形成了理論說教與實驗結合能同步進行的教學模式；及時的消除了學生對結論所持的懷疑，做到了一步到位，對知識的理解更加深刻和牢固。例如講解串聯諧振電路中的幅頻特性和相頻特性時，利用EDA技術工具軟件進行實際操作演示，快捷方便的建立串聯諧振電路模型，通過虛擬儀器儀表進行仿真演示實驗數據與曲線。這樣不僅可以觀察到光滑的諧振曲線如圖1所示，而且能同時觀察到參數的變化對諧振曲線的影響，如圖2所示。

圖1 串聯諧振電路幅頻特性和相頻特性曲線

圖2 同一坐標系中不同電阻時的幅頻特性和相頻特性

以上方法既提高了課堂講授效率，同時也將抽象的邏輯教學形象化和直觀化，取得了較好的教學效果。

（2）開展仿真實驗。由于EDA仿真軟件元器件庫齊全，儀器儀表種類充足，仿真實驗教學不受硬件電路的束縛，可以根據教學需要設計電路。學生也可以根據自己的想法改變電路結構或元器件參數，進行探索性實驗，并分析結果。這樣利用仿真軟件進行實驗可以大大開闊學生思路，發揮學生主觀能動性，真正提高學生的電路分析和設計能力。對于一些課程中要求進行計算或者是分析設計的題目，可以要求學生在理論計算之后，再利用EDA軟件進行仿真實驗驗證和分析，以增加學生對知識的進一步認識和理解。

（3）將EDA技術引入到實踐教學環節中。由于學校實驗設備和場地有限，學生如果有疑問想自己進行電路實驗調試，幾乎是不可能的。如果學生掌握了EDA仿真軟件，只要擁有一臺計算機，即可根據自己的興趣，按照自己的想法進行電路設計和分析，完成電路設計、仿真、調試等以前通常在專業實訓室才能完成的任務。在一些提高性實訓中引入EDA，一些學習能力強的同學利用EDA工具作為一個操作平臺，可以解決實際中元器件與設備不足而限制了學生創新性思維能力發展的問題。同時學生對自己提出的實際方案，進行設計仿真，在教師的指導下，及時發現問題、解決問題，使學生可以少走彎路，設計過程元器件的損耗也大大減少。

因在電路基礎實訓過程還存在著威脅學生人身安全和設備安全的因素，一旦學生操作不當或失誤，極有可能威脅到學生人身安全，或者導致儀器設備損壞，造成重大損失。所以往往在具體教學過程中受到這些因素的影響，出于對安全的擔憂，許多實訓大打折扣，學生也不敢大膽動手實訓，從而影響到了實驗的主動性和積極性。利用EDA工具可以使學生在實訓中，充分發揮自己的創造力，隨意修改電路，做不同的嘗試，放開手腳，大膽嘗試，這樣在拓展實訓范圍的基礎上還培養了學生的創新意識。

4 結語

由此可見將EDA仿真軟件應用于電路基礎課程教學，可以有效解決教學中的難點問題，更好地實現理論與實踐的結合，從而大幅度提高教學效果。學生也可通過EDA技術，隨時進行實驗，拓展了實驗空間，對培養學生綜合分析能力和創新能力有重要意義。由于仿真軟件在教學和產品設計開發中沒有元器件損耗問題，設計電路可隨時修改檢測，大大提高了設計的成功率，并且具有明顯的經濟優勢。因此無論從教學效果、實訓成本，還是從培養學生創新意識的角度考慮，EDA技術應用于電路基礎課程教學都具有很大的推廣和應用價值。

［1］路勇.電子電路實驗及仿真［M］.北京：清華大學出版社，2004.

［2］黃智偉.基于Multisim 2001的電子電路計算機仿真設計與分析［M］.北京：電子工業出版社，2004.

［3］朱力恒.電子技術仿真實驗教程［M］.北京：電子工業出版社，2003.

［4］周玲.電路基礎［M］.長沙：中南大學出版社，2007.

龍劍（1969-），男，湖南衡陽人，大學本科，講師，主要從事電氣工程教學與研究工作。