電路仿真方法教學(xué)中應(yīng)用論文

導(dǎo)語：電路仿真方法教學(xué)中應(yīng)用論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：以電類教學(xué)中常用的繪圖仿真軟件PROTEL為例，結(jié)合在實驗教學(xué)的實踐特色，介紹一種在實驗中應(yīng)用計算機仿真進行數(shù)據(jù)校驗及分析的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：PROTEL；實驗教學(xué)；電路

在電類教學(xué)中，通常會配合教學(xué)進度進行相關(guān)的實驗課程，但是實驗的結(jié)果取決于實驗設(shè)備和實驗條件等多方面因素的綜合影響，不準確的實驗結(jié)果可能會使學(xué)生形成錯誤的認識。而借助多媒體教學(xué)和計算機輔助設(shè)計的綜合實驗教學(xué)的方法，可以發(fā)揮計算機仿真的數(shù)據(jù)結(jié)果不受實驗環(huán)境影響的優(yōu)勢，在實驗教學(xué)中引入電路仿真的方法可以快速得到實驗參數(shù)及結(jié)果。這不僅可滿足教學(xué)中對于實驗觀察和分析的要求，還可以培養(yǎng)學(xué)生的電路分析設(shè)計能力。

將計算機仿真引入實驗教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生邊講邊練邊實踐

通常的實驗結(jié)果是隨實驗過程中的變化而改變的，存在不可預(yù)測的特性。例如晶體管三極管電路由于其參數(shù)的一致性差，實驗中的數(shù)據(jù)可能會出現(xiàn)較大的偏差。采用計算機圖形仿真與實驗實測數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，不但可以檢驗誤差的大小，還可以觀察由于發(fā)生速度快而無法有效觀察的瞬時電路參數(shù)。例如，電子電路里常用的三極管對稱電路瞬態(tài)特性的分析實驗。首先我們將常用的電子元器件符號轉(zhuǎn)化為PROTEL軟件所識別的圖形符號，如圖1所示。然后進行計算機電路瞬態(tài)特性分析。在實驗電路中，RC時間常數(shù)為100kΩX20nF=2ms。測試要在屏幕上看到5個周期振蕩方波，選擇PROTEL軟件中的OperatingPointAnalysis和Transient/Fourier；要指定一個10ms的仿真窗口，將TransientStopTime欄設(shè)為10m；要設(shè)置TransientStepTime欄為10μ，表示仿真可以每10μs顯示一個點。在MaximumStep欄限制時間間隔大小的隨機性，設(shè)置TransientMaxStepTime為10μ。將UseTransientDefaults選項設(shè)為無效，這樣瞬態(tài)特性分析圖形如圖2所示。雖然通過普通的雙蹤示波器也可以觀察頻率為20MHz以下的周期性波形，但是實際過程中電路的參數(shù)受材料和器材的影響，不可能任意改變電路的基本參數(shù)。例如本實驗中改變RC時間常數(shù)，采用計算機仿真后，仿真快速性的優(yōu)勢變得明顯起來，不需要進行電子元件的替換就可以直接改變元件的參數(shù)值，在同樣的時間里可以觀察到更多的電路因參數(shù)影響而導(dǎo)致特性曲線的變化。采用計算機輔助分析的實驗方法后，學(xué)生可以更改部分電路參數(shù)，從而改變電路輸出特性，明確電路的變化趨勢，對于理論課中的知識有了更加形象的感性認識，加深了對知識的理解。

趣味引導(dǎo)和實驗結(jié)合的實驗教學(xué)方法

相對于普通電路的實驗課程，在進行計算機輔助仿真實驗的時候，不僅要求學(xué)生能夠根據(jù)實驗電路測試電路的參數(shù)，而且要在熟練使用計算機繪圖軟件的基礎(chǔ)上進行分析。這對于中職學(xué)生，尤其是對實驗電路的理解分析能力還沒有建立起來的部分學(xué)生來說是難度很大的。這就需要在教學(xué)過程中引入一種行之有效的實驗教學(xué)方法，從而更好的培養(yǎng)學(xué)生動手動腦勤于實踐的能力。下面以一堂90分鐘的實驗課為例介紹該教學(xué)方法：

首先，教師對于實驗需要驗證的原理和公式做必要的復(fù)習(xí)，引出實驗中要驗證的問題。

其次，由教師針對實驗電路采用啟發(fā)式教學(xué)來演示實驗，演示過程中要注意提出實驗中應(yīng)當注意的問題和可能會出現(xiàn)的錯誤，比如避免電源短路和測量儀表過量程使用，并對實驗現(xiàn)象做出必要的分析和講解。通過步步引導(dǎo)、層層分析得出實驗結(jié)論。

最后，由學(xué)生分組進行實驗。和以往實驗不同的是，實驗完成后，教師并不立即檢查實驗數(shù)據(jù)和結(jié)論，而是指導(dǎo)學(xué)生在實驗完成后將實驗線路用計算機進行軟件模擬仿真分析。這樣不僅可以觀察到實驗過程中的瞬時過程和電路過渡暫態(tài)，而且可以由學(xué)生自己動手驗證實驗數(shù)據(jù)，并分析誤差產(chǎn)生的原因。借助此方法觀察顯示的實驗圖形，可以從理論分析和實驗結(jié)果兩個層面加深學(xué)生的感性認識，增強結(jié)論印象。

教學(xué)實踐證明，該方法可以使教師和學(xué)生始終處于互動狀態(tài)。可以充分調(diào)動學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)積極性，對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣效果明顯。

因材施教，逐步建立具備實驗特點的評價體系

由于學(xué)生的基礎(chǔ)和認識能力不同，通常根據(jù)接受能力和認知速度將學(xué)生分為ABC三類（如下表所示）。在進行實驗成績評價時，不僅應(yīng)當充分考慮學(xué)生的計算機水平和接受能力等實際情況，而且還應(yīng)考慮學(xué)生的成績均值，對于高于自己以往均值的學(xué)生給予鼓勵，對于低于自己以往均值的學(xué)生給予提醒。

在進行軟件仿真中，容易出現(xiàn)的因電路圖聯(lián)接或者操作過程不當導(dǎo)致結(jié)果錯誤，還容易出現(xiàn)因誤操作和元件識別問題出現(xiàn)輸出結(jié)果錯誤。這些錯誤往往是因粗心所致。這樣的錯誤也應(yīng)當被評價體系所考察。鑒于以上因素，根據(jù)學(xué)生實驗水平，建議采用的評價方法為：

NewScore=OldScore-K*（Resore-Exp）

其中，NewScore為本次成績；OldScore為上次成績；K為放大系數(shù)；Rescore為本次實驗錯誤數(shù)；Exp為錯誤期望均值。

這種評價方法充分考慮的是學(xué)生的變化性和成績的穩(wěn)定情況，變化的情況可以由K值的大小反映出來：對于A類學(xué)生主要考慮實驗數(shù)據(jù)的準確性，K值一般取1.5即可；對于B類學(xué)生主要考慮實驗的過程，K值一般取1.8即可；對于C類學(xué)生主要考慮實驗完成情況，K值一般取2.0即可。

采用此評價方法后，學(xué)生的成績上升趨勢一目了然，對于以往對實驗課程不感興趣或者懼怕實驗的學(xué)生的鼓勵作用非常明顯。建立實驗教學(xué)評價體系后，教師能充分了解學(xué)生的基本學(xué)習(xí)情況，針對學(xué)生的不同情況因材施教。