虚拟仿真技术在《模拟电路》思政教学中的应用

张霞

Summary：模拟电路是电类专业的一门基础课，具有很强的 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 性和实践性，该文结合虚拟仿真技术将思政元素融入模拟电路的教学过程中，实现全程育人和全方位育人。以模电中单管共射极放大电路的图解法为例，详细介绍了将 Multisim仿真软件引入思政教学的过程，能将抽象的理论形象以数据波形等直观的结果形式显示出来，极大地加深了学生对知识的掌握程度。教学实践证明，将Multisim引入模拟电路思政教学中，弥补了传统教学的不足，操作性强，结果清楚直观。

Key：全程育人;模拟电路;Multisim;思政元素

：G642        ：A

：1009-3044（2021）34-0206-03

1引言

高等教育中工科课程的实践性很强，在理论教学中教师很难通过课堂教学使学生将复杂的理论知识透彻地掌握，近年来我国学者对工科课堂教学进行了很多尝试，目的使学生更容易理解并掌握基础理论知识。李东源，余群提出借助虚拟技术可辅助学生进行理论和实验学习，采用HTML软件以《电路》中的波形转换和整形电路为例详细地介绍了虚拟软件进行辅助实验教学的过程[1]。张辉，何春燕，王玮采用项目驱动法详细地从软件的学习、器件的选型、电路的设计、结果的调试及分析，介绍了Multisim在节日彩灯控制器设计的应用过程[2]。张涛等，以模拟电路中积分电路为例介绍了采用Multisim、 Analog Discovery 2和 Waveforms仿真软件在模拟电路实验中的应用，并对仿真结果和实际结果进行对比，得出虚拟仿真实验的不足，摆脱了空间、时间限制，可以极大地方便师生的教学和学习[3]。这些探索都是从实验教学为出发，在节省资源达到仿真和实际电路的差距上进行说明，而在实际理论原理的论证上没有探索新的方法，使抽象的理论便于理解，本文旨在采用虚拟仿真软件Multisim，并将之应用到实际理论教学中，极大地方便老师对原理的论证和推导，方便学生将理论知识和实际工程相结合，满足现代化教学体系的要求。

2 构建模拟电路思政课堂存在的问题

模拟电路课程在实际应用中非常广泛，是航空航天、民用产品等设备的控制器的基本组成部分，让学生在理解 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 的同时和实际应用相结合，达到学以致用是模拟电路课程的存在的主要问题，且模拟电路知识点多，理论分析抽象且难理解，学习起来比较枯燥。以单管共射极放大电路的图解法为例，要求学生掌握静态工作点的图解分析、动态工作情况的图解分析和静态工作点对波形失真的影响3个知识点。主要通过讲授画出直流通路，根据输入回路和输出回路列出回路电压方程，然后在输入输出特性曲线上做出输入直流负载线和输出负载线，负载线和输入输出特性曲线的交点称为静态工作点。在动态分析时根据输入的交流信号波形的最大值和最小值在输入特性曲线上到静态工作点Q的变化范围，进而得到iB和iC的波形，进而在输出特性曲线上近似地得到uCE的波形。对静态工作点偏高或者偏低引起的截止失真和饱和失真理解起来更加困难。在整个分析时波形的变化只能通过老师的一步步地带动推进得出波形的形状，学生没有感官的认识，只是被动地接受，与老师被动地互动，教学效果差。没有学生主动参与的课堂，很难使学生的大脑中建立三维的感观，实现理论联系实际的目的。

3 虚拟仿真技术在模拟电路思政课堂中的应用

3.1 Multisim软件介绍

Multisim14.0是美国国家仪器（National Instruments）公司推出的一款相当优秀的专业化SPICE仿真 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 环境，Multisim14.0功能强大，可以最大化地满足用户的设计需求、可视化仿真界面、元件库丰富、参数可调、具有3D效果的仿真电路、虚拟仪表齐全功能强大、分析功能与图形显示窗口等等。操作简便，是电路教学解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的重要基础，是目前在电路分析中应用较广的仿真软件[4-8]。

3.2 虚拟仿真技术的应用

下面就以单管共射极放大电路的图解法为例，说明使用Multisim14.0仿真软件讲解放大电路图解分析法的静态工作点的图解分析、动态工作情况的图解分析和静态工作点对波形失真的影响3个知识点的具体分析过程。

3.2.1实验电路图

单管共射放大电路各级波形相位的关系抽象难理解，为了更好地说明虚拟仿真软件在课堂理论教学中的应用，本文采用单管共射放大电路中基极电阻 R1 的变化对基极电流、集电极电流和输出电压波形的影响，三级选用 2N1711 型进行放大电路的实验。对于 R1分别采用 500KΩ 和250KΩ和7000KΩ的电阻进行测试分析，利用 XSC2 四通道示波器分别测量输入波形、iB波形vBE波形、iC波形，XSC1双通道示波器显示输入V1波形输出vCE波形。

在仿真电路时由于示波器只能显示电压的波形，为了分析从输入信号到输出信号各个电压和电流相位之间的关系，在显示iB和iC波形时采用在电路中接入了电流互感器V2和V3。实验电路如图1所示。

3.2.2实验结果分析

放大电路中的电压电流波形如图2所示，示波器XSC2的A通道显示输入电压V1波形（紫色），B通道显示iB波形（蓝色），C通道显示vBE波形（绿色），D通道iC波形（红色），示波器XSC1显示输入V1波形（紫色）和输出vCE波形（红色）。从图2（a）可以看出V1、iB、vBE、iC波形相位相同，图2（b）可以看出V1、vCE波形相位相反。

当R1=250KΩ时示波器XSC2显示的波形如图3（a）所示，此时出现了饱和失真。A通道显示输入电压V1波形（紫色），B通道显示iB波形（蓝色），C通道显iC波形（黄色）出现了明显的顶部失真，D通道vCE波形（红色）出现了底部失真。当R1=7000KΩ时示波器XSC2显示的波形如图3（b）所示，B通道显示iB波形（蓝色）的底部出现了失真，C通道显iC波形（黄色）出现了底部失真，D通道vCE波形（红色）出现了顶部失真。图（b）的截止失真波形和教材上理论出现的图形有明显的差别。

4 结束语

本文介绍了构建模拟电路思政课堂教学过程中存在的问题，提出在课堂教学中加入虚拟仿真教学，将课堂上理论和实际联系紧密的理论知识点，用仿真图像的形式呈现给学生，使枯燥的理论知识变得生动、形象，方便理解。软件操作简单、使用方便，这种采用“仿真”和“调试”的方法能够有效激发学生的学习兴趣、改善课程教学条件，拓宽教学模式和方法，突破教学内容的局限，提高学生对模拟电路知识的理解程度，最大限度地开发学生的潜力，帮助学生提高分析电路的能力，达到学以致用的目的，为学生今后的学习打下良好的基础。

Reference：

[1] 李东源，余群.波形转换与整形电路虚拟仿真系统的设计[J].教育现代化，2019，6（85）：217-219.

[2] 张輝，何春燕，王玮.Multisim在模拟电路和数字电路课程中的应用[J].电子制作，2021（4）：17-19.

[3] 张涛，黄大刚，包秀娟，等.Analog Discovery 2在模拟电子技术实验案例中的应用[J].实验技术与管理，2020，37（7）：176-179.

[4] 张连浩，魏伟.虚拟仿真技术在模拟电子技术课程中的应用[J].信息与电脑（理论版），2019，31（17）：233-234，237.

[5] 徐秀妮，赵丽.虚拟仿真技术在数字电路课程教学中的应用[J].陇东学院学报，2018，29（5）：26-29.

[6] 王佳庆，王晓刚，张杰，等.基于教研结合的控制类课程群的教学改革与实践[J].中国电力教育，2018（11）：76-77.

[7] 汤晓燕，云忠.面向工程教育专业认证的课程教学改革——以工程图学课程为例[J].大学教育，2019，8（5）：69-71，78.

[8] 胡元闯.工程教育专业认证背景下地方本科院校网络工程专业人才培养模式探索[J].计算机教育，2019（4）：24-27.

【通联编辑：王力】

-全文完-