运用MultlSIM2001提高电子电工类课程教学质量


  multiSIM2001是加拿大图像交互技术有限公司推出的专门用于级仿真与设计的软件,其5.O版本EWB(EleonsWorkBench)即有电子工作平台和虚拟电子实验室之美称,到了6.0版本干脆就更名为multiSIM,即有万能仿真之意。下面分别以《器充放电电路》和《共发射极放大电路》为例介绍multiSIM2001优化职高《电工技术基础》、《电子技术基础》课程课堂教学效果的过程,权当抛砖引玉之用。
  
  在《电工技术基础》课程中,器的充放电过程是比较难以向学生解释清楚的。如果能够借助multiSIM2001在计算机上进行仿真教学,其课堂教学定会起到意想不到的效果。在multiSIM2001中,借助各种虚拟的仪器和建模精确的元器件以及各种便于交互控制的按钮开关器件能够定性、定量而且动态及时地分析出电路的工作过程及运行结果。如上图所示,在multiSIM2001的元件库及仪器仪表库中调用如图所示的元器件及虚拟示波器放置于电路工作窗口上并按图绘制连接好电路,双击打开虚拟示波器显示控制屏并按操作实际示波器的方法合理调节各功能调节按钮。点击电路工作窗口右上角的船形开关(或按功能键F5)运行电路模拟运行其工作过程,并通过敲击分配给单刀双掷开关J1的控制键盘Se(空格键)以使单刀双掷开关适时地接通左边的充电电路和右边的放电电路(由此可见其交互控制功能之强大).这样在示波器显示控制屏上我们可以非常直观清晰地观察电容器按着指数规律充放电的锯齿波波形如下图所示,而且我们还可以非常容易地通过修改充放电回路的大小,以改变电容器的充放电速度以及通过示波器的读数游标方便地测算出该电路的时间常数。


  
  同样在《电子技术基础》课程中的具有稳定静态工作点的放大电路的工作原理也是在课堂上比较难以阐述的一块内容,单凭教师的口授可能是一件事倍功半、费力不讨好的事情,若能结合multiSIM2001进行仿真实验教学定能起到事半功倍的良好效果。按下图所示在已打开的multiSIM2001软件电路工作窗口中调用所需元器件和仪器并排列布置好各元器件和仪器的位置,按图连接好各元器件、信号源及示波器。
  
  为了使三极管工作在放大状态可以分别在三极管的基极和集电极与公共端之间并连一直流表以测试其静态工作点,通过电压表的显示可以直观观察到下图所示电路静态工作点设置偏高使得晶体三极管进入了饱和区而无法正常工作在放大状态,借助两电压表的监测我们将下图所示电路中的基极上偏R1由原来的51kΩ增大至现在的270kΩ.将基极下偏R2由原来的120kΩ减小至现在的51kΩ,至此我们可以通过直流电压表监测到晶体三极管的集电极电位为5.686V,基极电位为3.890V(如图4所示),从而很好地保证了晶体三极管各电极的电位满足Vc>Vb>Ve,使之工作在放大状态(由此可见其仿真实验操作过程同真实实验过程非常相似)。

  在仿真软件中进行了上述静态调试之后,接下来我们就可以借助虚拟示波器来动态地观测该放大电路的输入、输出波形并测试其电压放大倍数,从而从定性与定量两个方面动态直观形象地展示该晶体三极管放大电路的工作原理。如上图所示在电路的输入端注入一个最大值为1mV、为1000、初为O度的正弦波信号,并将虚拟双踪示波器的A通道接于电路输入端,B通道接于电路的输出端以便对比观测输入/输出波形在各参数上的差异关系。同时为了有利于区分输入、输出信号的波形,软件支持以不同颜色显示不同通道的波形,因此本文中我们将连接电路输入端的A通道导线设置为默认颜色红色,而将连接电路输出端的B通道导线设置为蓝色。鼠标双击示波器以打开示波器显示控制屏。合理设置示波器各功能按钮即可在示波器的显示控制屏上动态地显示出电路的输入/输出波形如下图所示,通过示波器显示控制屏我们可以非常直观地观察到输入、输出信号相位相反而且幅度得到了放大。这就通过仿真实验很好地解释了共发射极放大电路为放大器这一结论。同时我们还可以通过读数游标非常容易地读取在某一时刻输入/输出信号的瞬时值(如T1=7.2ms处,输入信号为999.OuV即约等于1mV.输出信号为-103.3mV。可以移动读数游标并观测示波器显示控制屏左侧第一行的读数栏方便地读到).从而可以非常容易而且精确地从数量上计算出该晶体三极管放大电路的电压放大倍数为AvVVo=-103-3/1≈103.而且我们还可以通过虚拟示波器的读数游标测量得到输入/输出信号的其它诸多参数指标。
  
  通过以上两个实例我们可以非常深刻地感受到将multiSIM2001这个万能的电子仿真软件应用于职业高中的电子电工类专业的专业课教学中真正地可以起到化抽象为形象、化复杂为直观的神奇效果。于教学言均可起到事半功倍的效果。