模擬電路分析與設計精選(九篇)
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第1篇：模擬電路分析與設計范文
Abstract： In our current digital circuit， the real analog circuit test box is not perfect， the function is too strong. Especially in the process of using the cost of each discrete components of the needle is easy to damage. In order to solve these problems， in a number of existing electrical， power module test box based on， the idea of digital and analog electronic experimental box combo， and joined the circuit analysis module， to become number of electricity， power module and circuit analysis of a test box. FPGA main control chip for digital circuit of discrete components， using FPGA program as the main core of the digital chip， on this basis to make more common use of the digital chip program. So that not only can save the cost of discrete components， but also can make the function of the experimental box is more powerful， more flexibility.
關鍵詞： FPGA；實驗箱；數(shù)字電路；模擬電路；電路分析
Key words： FPGA；experimental box；digital circuit；analog circuit；circuit analysis
中圖分類號：TN79+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）08-0154-03
0 引言
在我們目前所用的數(shù)電，模電實驗箱配置不太完善，功能上局限性太強。特別是在使用的過程中成本較大，每個分立元器件的管腳針頭容易損壞。由此，元器件不能充分利用，用獨立芯片可以替代。
為了方便更多的專業(yè)人士和在校大學生做相關的數(shù)模電實驗，特做出如此構思：在現(xiàn)有的數(shù)電，模電試驗箱的基礎上，實現(xiàn)數(shù)模電實驗箱二合一的思想，并加入了電路分析的模塊，使之成為數(shù)、模電和電路分析三合一的實驗箱。實驗老師根據(jù)學生在做實驗過程中積累下的經(jīng)驗，需要在原實驗箱的基礎上做出改進。現(xiàn)有的實驗設備數(shù)字電路芯片管腳不穩(wěn)，報廢率較高，浪費嚴重，實驗項目選擇性太少。用FPGA主控芯片代替數(shù)字電路的分立元器件，用FPGA程序作為數(shù)字芯片的主要核心，在此基礎上做出更多常用數(shù)字芯片的程序。需用到的數(shù)字芯片，只需下載想用的程序即可實現(xiàn)響應的功能。數(shù)電，模電，電路分析實驗箱將會組合到一塊。這種改動之后，不但能節(jié)省分立元器件成本，還可以使實驗箱的功能更加強大，靈活性更高。
1 FPGA介紹
FPGA是20世紀80年代中期出現(xiàn)的一種新型的可編程邏輯器件，其結構不同于基于與或陣列的器件。其最大的特點是可實現(xiàn)現(xiàn)場編程。所謂現(xiàn)場編程是指對于已經(jīng)焊接在PCB上或正在工作的芯片實現(xiàn)邏輯重構，當然也可在工作一段時間后修改邏輯。
FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸入輸出模塊IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個部分。 現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）是可編程器件，與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，F(xiàn)PGA具有不同的結構。FPGA利用小型查找表（16×1RAM）來實現(xiàn)組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動其他邏輯電路或驅(qū)動I/O，由此構成了既可實現(xiàn)組合邏輯功能又可實現(xiàn)時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。FPGA的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲單元加載編程數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯(lián)接方式，并最終決定了FPGA所能實現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程。（圖1-5）
2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)
為了實現(xiàn)數(shù)電、模電、電路分析實驗箱一體化，增強實驗應用范圍。根據(jù)學生平時實驗結果的積累和總結，特對該實驗箱做出更新。制作出如下方案：
①數(shù)電、模電實驗箱整合。功能模塊可共用，電源模塊重復使用。但特定的功能模塊經(jīng)過改進后需重新放置。
②數(shù)電使用的獨立分立邏輯芯片不再使用，統(tǒng)一使用可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA來代替獨立的邏輯芯片。這樣做的好處就是使實驗不再單一化，芯片功能可根據(jù)FPGA的程序來設定，不再需要人為的選擇邏輯芯片。芯片的選擇性更大了，更多常用的邏輯芯片都可在此平臺上實現(xiàn)出來。芯片管腳也不再受限制。常用的邏輯芯片都可實現(xiàn)。
③函數(shù)信號發(fā)生器部分不再需要人為的測試輸出的信號頻率，我們在底板上直接設計頻率測定和頻率顯示的功能。設計出的實驗箱沒有很大的選擇限制，這一塊可代替常用的邏輯芯片和獨立電子元器件。（圖6）
實現(xiàn)學生實驗的強大功能，用戶可在實驗箱上做相關的數(shù)電、模電和電路分析等實驗。使用戶更快的了解電子設計和應用原理，拓寬用戶的視野，提高實驗效率，節(jié)省實驗所需時間。通過下載硬件程序擴充數(shù)字邏輯芯片的數(shù)量，科研人員也可以在此基礎上使用自己相關的邏輯芯片功能，增加了受眾人群。不再需要購買獨立數(shù)字器件在面包板上做不確定的實驗。還要考慮面包板管腳連接是否正常等問題。常用數(shù)字邏輯芯片，足夠滿足學生們做實驗。還在一定程度上使同學們了解了可編程邏輯器件的強大功能。（圖7）
4 結束語
雖然數(shù)電，模電等學科的實驗箱一直在發(fā)展，但是發(fā)展的較為緩慢。我們提出設計的基于FPGA的全能硬件實驗箱（數(shù)/模/電路分析實驗箱）利于當前較為先進成熟的FPGA編程技術，實現(xiàn)數(shù)字電路，模擬電路，電路分析三科實驗與一套實驗箱，使用戶更快地了解電子設計和應用原理，拓寬用戶的視野，提高實驗效率，節(jié)省實驗所需時間。具有創(chuàng)新與實用積極意義。此實驗箱外觀做的比較粗糙，后續(xù)我們會積極完善，在功能上我們會優(yōu)去拙，使實驗箱不僅更加美觀，也會更加實用！
參考文獻：
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第2篇：模擬電路分析與設計范文
關鍵詞:Multisim10 基本放大電路 質(zhì)化分析
中圖分類號:TM133-4 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)08(a)-0185-01
模擬電子技術是電子信息工程、電氣工程及其自動化、計算機科學等專業(yè)的基礎課程,而基本放大電路又是模擬電子技術的基礎知識點,是教學的重點和難點。學生對此知識點的掌握深度,將直接影響對后續(xù)知識點和課程的學習。本文強調(diào)在電子線路的教學過程中,充分利用電子設計自動化軟件,對電子線路進行仿真分析,同時強調(diào)質(zhì)化教學,結合工程實際,加強學生對電路的理解,在教學過程中取得了很好的效果。下面借助電路設計仿真軟件Multisim10,以基本放大電路為例,以音頻信號為基本信號來進行電路的分析。
1 模擬電路中信號的概念
放大電路是對模擬信號進行放大的,工程中常用的模擬信號,如聲音信號,測量傳感器輸出的代表現(xiàn)場的如溫度、壓力、密度、流量、氣味、成分等各種物理量的電壓或電流信號,電動執(zhí)行器的輸入控制量的電壓或電流信號。工程中常見的模擬信號如音頻信號是非正弦信號,而對基本放大電路的分析都是以正弦信號作為基本信號來分析的,所以必須強調(diào)這些非正弦信號與正弦信號的關系。利用頻譜分析法,對非正弦周期信號進行傅里葉分解,可得信號的離散頻譜圖,而工程中的非正弦非周期信號可看作周期為無限長的周期信號,其頻譜圖由非正弦周期信號的離散頻譜過渡到連續(xù)頻譜,也就是說工程中的模擬信號如聲音信號可以看作是有一系列不同幅值不同頻率的正弦信號疊加而成。系統(tǒng)的帶寬必須包括聲音信號的頻率范圍為20Hz-2kHz,否則將會導致頻率失真。
2 把握基本元器件的特性
學生對基本元器件的把握是后續(xù)電路分析的基礎,對于基本放大電路的核心器件雙極性三極管的特性曲線和參數(shù)需重點掌握,要注重量化分析,更要注重質(zhì)化分析。三極管是一個基極電流控制集電極電流的器件,在輸出回路中相當于恒流源,通過對基極電流源i1進行DC Sweep Analysis分析,可以看出三極管的集射電壓隨著的增加而近似于線性地減小。=0uA時,≈12V,截止狀態(tài)；=14uA時,≈0V,飽和狀態(tài)；=0～14uA時,=0～12V放大狀態(tài)。
3 放大電路參數(shù)的質(zhì)化分析
質(zhì)化分析可理解為對電路的一種形象直觀的分析,比如網(wǎng)絡框圖,只是強調(diào)電路的功能和模塊間的網(wǎng)絡拓撲,沒有量化分析模塊的細節(jié)。教學過程中質(zhì)化分析和量化分析并重。放大電路可以看作是一個二端口網(wǎng)絡,電壓放大倍數(shù)為輸出端口與輸入端口電壓有效值之比；輸入電阻相當于信號源的負載,越大可以減小信號源的輸出電流,獲取更大的信號電壓。放大電路的輸出回路相當于負載或下級放大電路的信號源,輸出電阻相當于下級電路的信號源內(nèi)阻。
4 疊加定理在基本放大電路分析中的應用
將電路分析理論如疊加定理、戴維寧定理、回路電流法、結點電壓法等,應用到基本放大電路的分析當中,可以取得更好的教學效果。比如疊加定理運用于放大電路的交直流分析,當輸入信號幅度不大時,三極管可以看作一個線性元件,這樣整個放大電路就可以看作是一個具有兩個獨立電源（信號源e和直流電源E)的線性網(wǎng)絡,根據(jù)疊加定理,直流電源E單獨作用時,信號源e置零,耦合電容開路,可得放大電路的直流通路,也就是基本放大電路的直流分析法；信號源e單獨作用時,直流電源E置零,耦合電容相當于短路,將三極管線性化處理,用其微變等效模型替代,可得基本放大電路的微變等效電路,也就是基本放大電路的交流分析法。
5 電路的仿真設計方法
電路設計首先需要根據(jù)電路的性能指標確定電路的形式和晶體管的型號,接著進行電路靜態(tài)工作點設置和元件參數(shù)計算,最后進行電路性能指標測試、電路參數(shù)修改、再測試。電路的設計和調(diào)試可以通過萬能板或面包板搭接電路,也可借助于Multisim10仿真軟件進行電路的設計和仿真。在放大電路中引入適當?shù)呢摲答?可改善放大電路的性能,得到設計指標要求,負反饋的引入形式和深度,需加強理論研究和實踐探索。集成運算放大器在模擬電路中的應用非常廣泛,集成運放具有設計調(diào)試簡單、性能價格比高、靈活性大等優(yōu)點,在模擬電路領域中,除超高頻、大功率等特殊場合外,已普遍取代了分立元件電路。
6 結語
在模擬電子線路設計課程的教學中,在進行電路量化分析的同時,加強質(zhì)化分析,同時配合電路仿真分析軟件Multisim10進行電路的設計和仿真,取得了很好的教學效果,激發(fā)了學生對模擬電子技術學習的熱情,學生的電路分析和設計能力得到了明顯提高。
參考文獻
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[2]楊素行.模擬電子技術[M].高等教育出版社，2007,9.
第3篇：模擬電路分析與設計范文
關鍵詞：電路分析；電路設計；教學改革；教學方法
電路分析是高校電子信息類專業(yè)的必修基礎課程，對于后續(xù)信號與系統(tǒng)、傳感器與檢測技術、單片機原理及應用、EDA與可編程技術、自動控制原理、高頻電子線路等專業(yè)課程的學習具有至關重要的作用[1-3]。它對于培養(yǎng)學生的電路設計基本理念、電路設計能力有著重要的影響[4-5]。自2010年起至今，我校對電路分析課程開展了較為深入的教學改革，在關于“教什么”與“如何教”這兩個重要問題上，逐步形成了有一定特色的電路分析課程改革基本理念。簡要分析如下。第一，讓學生在電路分析課程學習過程中認識了解電路中常用的元器件，會利用相關電路分析方法對含有這些元器件的電路進行分析。要實現(xiàn)這個目標，必須在原有的二端元器件知識點講解方式上有所突破，加入有源三端元器件及多端元器件的知識，這樣可使電路分析課程更有時代感。第二，引領學生逐步熟悉從單獨的分立元器件到其理想模型的建模過程，并掌握元器件建模的基本要領。要實現(xiàn)這個目標，必須打破原有授課只講理想模型的弊端，讓學生真正了解相同元器件在不同工程應用背景下，需構建不同的電路模型，如此才能讓電路分析具有工程特點。第三，結合一定量的電子工程實踐案例，進一步加深學生對電路基本理論和分析方法的理解。要實現(xiàn)這個目標，必須在日常教學過程中打破電路分析教材中電路習題的局限性，鼓勵學生使用電路分析方法分析實際電路，這樣才能讓學生更好地掌握電路分析的核心內(nèi)容。第四，加強學生對電路能量與信號處理兩個知識點的嵌套理解。要實現(xiàn)這個目標，必須在電路基本概念講授及習題選擇上打破原有的強弱電之間互相獨立的局限思想，合理兼顧能量與信號的知識點，這樣才有可能培養(yǎng)交叉學科方向的創(chuàng)新型人才。第五，在講授電路分析課程的基本概念、理論及方法的過程中，引導學生逐步形成獨立思考、敢于質(zhì)疑的學習態(tài)度，培養(yǎng)樂于創(chuàng)新的學習精神。要實現(xiàn)這個目標，必須打破原有授課過程中的講授型教學方式，將教學過程逐步轉化為引領學生進行知識探索的過程，這樣才能讓學生逐步養(yǎng)成自主創(chuàng)新的意識。以下將從教學內(nèi)容、方法、實踐和考核等方面具體討論實現(xiàn)以上改革理念的方法。
1電路分析課程改革實踐
1.1教學內(nèi)容改革
依據(jù)專業(yè)崗位及學生今后從事行業(yè)的區(qū)別，電子專業(yè)教研室教師共同制訂了適合不同專業(yè)的教學大綱。將電路分析課程教學內(nèi)容劃分為三個模塊，即直流電路、交流電路及動態(tài)電路。根據(jù)不同專業(yè)對該門課程的人才培養(yǎng)目標及要求，對課程內(nèi)容進行合理設置。以電子信息工程專業(yè)為例，開關電源電路的分析應被作為教學的重難點，而動態(tài)電路部分的內(nèi)容應作為測控專業(yè)的教學重難點。這種教學內(nèi)容的實踐與調(diào)整，能夠在一定程度上有效解決該門課程內(nèi)容多而學時少的矛盾，同時又能較好地適應不同專業(yè)的人才培養(yǎng)目標。
1.2教學方法改革
我校電子專業(yè)的部分學生來自職業(yè)高中，這些學生對電路基礎理論的理解存在一定困難，且自主學習的主動性也相對較差，因此他們的培養(yǎng)目標與來自普通高中的學生的培養(yǎng)目標應有所區(qū)別。為此我校在教學過程中采取了因材施教的方式，采用不同的教學方法與手段，以促進教學水平及效果的提升。具體教學方法如下。1.2.1實例教學法在實際的教學過程中引入相關電路分析或設計案例，通過問題研討，激發(fā)學生的主觀能動性，使其積極參與電路分析過程，進而提高學習興趣。如進行三相電路教學時可引入照明電路故障分析，進行動態(tài)電路視域教學時可引入閃光燈電路。這種實例教學法，可使學生認識到課本中的電路理論與日常生活中的電路應用之間的密切關聯(lián)，進而有助于提高其學習熱情。1.2.2分類比較法電路分析課程的知識點及電路符號較多，學生易混淆。因此，在教學過程中可采用類比方法，有助于學生分析、理解及記憶各種分析方法與公式。譬如，將支路電流分析法、結點電壓分析法、疊加定理等知識的各自特點及適用范圍進行類比，使學生清晰明了，從而在解決電路問題時能夠合理地選擇分析方法。而對于單參數(shù)的交流電路分析，可以將電阻、電容及電感的電壓與電流限定關系的相關形式，通過表格的形式加以歸納與比對，進而讓學生理解相量、有效值等知識點之間的區(qū)別。1.2.3合理使用仿真軟件伴隨計算機技術的飛速發(fā)展，合理使用仿真軟件也成為提高教學質(zhì)量的一種有效手段。借助仿真軟件優(yōu)秀的模擬仿真功能，不僅能讓學生了解電子線路設計與分析的具體方法，也能激發(fā)學生學習電路分析課程的熱情，還能在一定程度上提高學生的研究與創(chuàng)新能力。1.2.4理論與實踐結合對于電路分析中的基礎性內(nèi)容，如電源模型等效轉換、受控源等，教師可先在實驗室進行現(xiàn)象演示，接著進行理論講解，然后再讓學生通過實驗進行驗證，逐步將理論與實踐相結合，實現(xiàn)理論與實踐的統(tǒng)一，幫助學生掌握知識點。理論與實踐的有機結合，不僅有助于學生理解知識點，在某種程度上也節(jié)省了理論教學的課時，取得了較好的效果。1.2.5增加實踐性作業(yè)實踐性作業(yè)指的是學生在實驗室完成實驗并獲取實驗數(shù)據(jù)之后還要完成的作業(yè)。將原有的純粹理論計算習題中約1/3的習題改為針對性的實踐性習題，改變?nèi)嘁坏懒曨}且習題參數(shù)完全一致的情況，有效避免互相抄襲的現(xiàn)象。布置實踐性作業(yè)，可及時有效地幫助學生將理論與實踐進行結合，避免學生在實踐過程中因理論知識過多出現(xiàn)無法正確選擇理論知識解決相關實際問題的情況，激發(fā)學生的學習興趣，并在一定程度上強化了學生的職業(yè)素養(yǎng)。1.2.6課堂與網(wǎng)絡教學結合將教學大綱、課件、習題與練習、案例分析、實驗項目等教學相關資料上傳至教學網(wǎng)站，借助網(wǎng)絡讓學生在課余時間靈活學習與測試，進而提高學習效率，也能有效提高學生獨立學習的能力。教師利用網(wǎng)絡對學生提出的問題進行答疑，實現(xiàn)師生間的良好互動，不僅能夠豐富課堂教學內(nèi)容，還能提高學生的學習熱情，提升網(wǎng)絡課程的影響力。
1.3實踐教學改革
作為電路分析課程教學中的重要環(huán)節(jié)，實踐對于培養(yǎng)學生的動手能力、邏輯思維能力具有重要作用。我院對該門課程的實踐教學體系進行了如下改革。第一，將電路分析實驗單獨設置課時，并增加其實驗教學課時比例，注重對學生進行工程實踐能力培養(yǎng)。截至2020年，理論與實驗學時的分配統(tǒng)計情況見表1.從表1可以知，自2016年至2020年，理論學時由85.3%下降到81.2%，而對應的實驗學時由14.7%增加到18.8%。實驗學時的增加，使得學生有更多的時間進行動手實踐操作，進而鍛煉了學生的工程設計能力，學生的綜合設計能力有所提高。第二，在實驗項目上，適當增加設計性及綜合性實驗的數(shù)量，加強對學生實踐操作能力及創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。在內(nèi)容選擇上，根據(jù)學生工作后從事的實際工作的類型、專業(yè)特點靈活選擇開展的實驗項目；例如，針對自動化及供電專業(yè)的學生，強化了交流部分的實驗教學，而將直流部分的實驗作為可選內(nèi)容；在實驗方法上，采用軟件仿真和硬件實驗相結合的方式。電路分析實驗內(nèi)容形式見表2。
1.4考核方式改革
課程考核作為對學生學習完一門課程后的評價方式，也是檢驗學生學習效果的一種硬性指標。電路分析課程考核包含兩部分，即理論考核與實踐考核。理論考核主要針對教師課堂上所講的理論內(nèi)容，教師依據(jù)教學大綱要求，建設試題庫，包括主觀題和客觀題?？荚噧?nèi)容須圍繞知識點、設計能力及專業(yè)素質(zhì)，對學生進行全方位考核。實踐考核主要針對平時實驗項目的完成情況展開，具體由學生完成實驗情況(劃分為合格、良好、優(yōu)秀三個等級，實驗不合格的要求學生重做)、實驗報告的撰寫情況及出勤情況構成，按5∶3∶2的比例構成實踐考核成績。
2結語
我院在教學內(nèi)容、教學方法、教學實踐及考核方式等方面對電路分析課程進行改革，在一定程度上有效提高了學生學習的積極性與效率，較好地培養(yǎng)了學生的實踐能力與創(chuàng)新精神。在后續(xù)教學過程中，筆者將不斷進行探索、思考與實踐，為更好地培養(yǎng)創(chuàng)新型電子設計人才而不斷努力。
參考文獻
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第4篇：模擬電路分析與設計范文
Abstract: In order to lead the student to study digital circuit course better, it developed a digital circuit experiment system by LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench), it included all contents of the digital circuit, such as logic algebra, combination circuit, trigger, sequential circuit, pulse produce and adjustment, digital to analog conversion and analog to digital conversion, this experiment system strengthened the students’ perceptual knowledge, and increased the students’ interest.
關鍵詞: 虛擬儀器;LabVIEW;數(shù)字電路;實驗
Key words: Virtual Instrument;LabVIEW;digital circuit;experiment
中圖分類號:TP315文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)31-0197-02
1系統(tǒng)介紹
虛擬儀器充分利用計算機的運算、存儲、回放、調(diào)用、顯示以及文件管理等智能式的功能,把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能軟件化,使之與 PC 機結合起來融為一體,這樣便構成了一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同,同時又充分享用了 PC 機智能資源的全新的儀器系統(tǒng)。
本著“好學、好用、好懂”的原則進行開發(fā),利用labview語言的良好人機交互優(yōu)勢極其方便的各種控件,開發(fā)出用于數(shù)字電路課程輔助教學的實驗系統(tǒng),充分發(fā)揮虛擬儀器的優(yōu)點,通過各種控件形象地模擬邏輯信號,把抽象的理論感性化,改變了滯后的實驗設備和死板的實驗模式,特別是這套系統(tǒng)直接用在課堂教學上,調(diào)動了學生的主動性和創(chuàng)造性,使學生更容易理解相關的知識,其起始界面如圖1所示。
系統(tǒng)內(nèi)容基本涵蓋了數(shù)字電路的全部內(nèi)容,包括邏輯代數(shù)、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序電路、脈沖產(chǎn)生整形與DA轉換等。
1.1 邏輯代數(shù)實驗模塊此模塊主要包括邏輯代數(shù)的原理性知識,是整個數(shù)字電路課程的基礎,能否掌握此部分知識關系到后續(xù)課程內(nèi)容的理解和掌握。內(nèi)容主要涉及基本邏輯運算及復合邏輯運算,基本公式及其它常用公式,真值表、表達式、邏輯圖及最小項等邏輯函數(shù)表示方法,通過此模塊學生可以加深對理論性知識的理解,為后續(xù)內(nèi)容學習打下基礎。
此部分通過labview的邏輯控件,以信號燈的形式模擬邏輯變量,用不同顏色代表不同的邏輯變量0或1,如紅燈或綠燈代表1,白燈代表0。通過顏色變化加強學生的感性認識,以更好理解、掌握知識。
以基本邏輯運算為例,如圖2所示,“與運算”輸入兩個邏輯量均為1(兩個均為綠燈)時,輸出為1(綠燈),“或運算”1個輸入為1(綠燈),1個輸入為0(白燈),則其輸出為1(綠燈),“非運算”輸入為1(紅燈)則輸出為0(白燈)。而且各種組合燈的變化和真值表相對應,增強了認識。
1.2 組合邏輯電路模塊此模塊為組合邏輯電路,是數(shù)字電路的核心內(nèi)容之一,內(nèi)容包括組合邏輯電路分析、設計及常用集成電路,常用集成電路主要包括編碼器、譯碼器、加法器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器等常用集成電路及其各種應用。
此模塊中,通過模擬,提供了完整的實例,形象地展示了電路的分析和設計過程,加深了理解。特別對于各種常用集成器件,通過各種信號模擬,展示出各種集成器件的引腳、特征及應用情況,更形象、更直觀,便于學生理解各種集成模塊的功能,而又不必過分關注其內(nèi)部結構。
典型示例數(shù)據(jù)選擇器的擴展應用如圖3所示。用不同顏色邏輯信號代表輸入/輸出變量及控制變量,形象表示出輸入信號在不同控制信號變化下的輸出情況,使抽象理論變得感性化,便于理解。
1.3 觸發(fā)器模塊此模塊內(nèi)容主要包括基本RS觸發(fā)器、同步觸發(fā)器(同步RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器及同步JK觸發(fā)器)、主從JK觸發(fā)器(主從RS觸發(fā)器、維持――阻塞邊沿D觸發(fā)器、主從JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器及T′觸發(fā)器)。
觸發(fā)器具有記憶功能,是構成時序電路的基礎,掌握其內(nèi)容是學習時序電路的基本要求,但部分觸發(fā)器結構復雜難理解,因此,本部分主要從功能角度出發(fā),弱化結構要求。
通過信號燈的變化描述觸發(fā)器的變化過程,即觸發(fā)器何時保持原態(tài),何時置0、置1,何時進行狀態(tài)翻轉,結合觸發(fā)器特征表,非常容易理解觸發(fā)器功能及其實現(xiàn)條件,同時避免了死記硬背的弊端。
1.4 時序電路模塊此模塊主要包括時序邏輯電路,是數(shù)字電路的核心內(nèi)容之一,內(nèi)容主要包括時序電路分析(同步時序電路分析和異步時序電路分析)、常用時序電路(主要包括寄存器、同步計數(shù)器、異步計數(shù)器和集成計數(shù)器及其應用)。
此模塊主要包括數(shù)字電路的另一類電路時序邏輯電路,由于時序概念的抽象性,學生掌握起來難度較大,因此,通過信號的模擬,加大感性認識,使學生更好理解知識內(nèi)容。
典型示例74LS160置數(shù)法如圖4所示,用不同顏色邏輯信號代表輸入/輸出變量及控制變量,通過軟件的運行,顯示了數(shù)字循環(huán)變化的完整過程,通過變化可以看出數(shù)字何時開始增加,何時通過置數(shù)重新開始計數(shù),同時可以觀察到數(shù)字變化過程中時鐘信號的變化,使學生在掌握計數(shù)器工作過程的同時更深入理解了時序的概念。此外,可以通過改變輸入變量,模擬任意進制數(shù)字。
1.5 脈沖產(chǎn)生整形與模/數(shù)及數(shù)/模轉換模塊模塊包括555集成電路、模/數(shù)及數(shù)/模轉換,由于脈沖的產(chǎn)生整形與模/數(shù)及數(shù)/模更為抽象,理解起來難度更大,因此,通過形象化的模擬,使學生能夠理解其概念、意義及過程,達到預期目標。
典型示例D/A及A/D轉化如圖5所示。通過信號模擬,可以形象看出A/D轉換過程是通過采樣、保持、量化、編碼四步完成,同時可以把數(shù)字量和模擬量進行對應觀察,更容易理解兩者的關系。設置了正弦波、三角波、鋸齒波、方波信號,通過多種不同信號的變化加深理解。通過對信號頻率的設置,體現(xiàn)出頻率的變化對信號采集的影響,充分理解采樣頻率。
2結論
第5篇：模擬電路分析與設計范文
【關鍵詞】模擬電路故障診斷估計法
模擬電路故障診斷是電路分析理論中的一個前沿領域。它既不同于電路分析，也不屬于電路綜合的范疇。模擬電路故障診斷所研究的內(nèi)容是當電路的拓撲結構已知，并在一定的電路激勵下知道一部分電路的響應，求電路的參數(shù)，他是近代電路理論中新興的第三個分支。但由于模擬電路中未發(fā)生故障的正常元件存在容差，其參數(shù)并不恰好等于額定值，而有一定的分散性，這給電路分析帶來一定的模糊性。而且模擬電路常含有非線性元件，他的性能不僅因本身故障而改變，而且其他元件故障引起他的工作點移動時，也將造成其性能變化。因此模擬電路故障診斷的理論還不是十分成熟。
模擬電路發(fā)生了故障，就不能達到設計時所規(guī)定的功能和指標，這種電路稱為故障電路。故障診斷就是要對電路進行一定的測試，從測試結果分析出故障。一般來講，模擬電路故障診斷的方法可以分為估計法，測試前模擬法和測試后模擬法三大類。本文將對其中的估計法展開討論。
估計法是一種近似法，這類方法一般只需較少的測量數(shù)據(jù)，采用一定的估計技術，估計出最可能發(fā)生故障的元件。這類方法又可分為確定法和概率法。確定法依據(jù)被測電路或系統(tǒng)的解析關系來判斷最可能的故障元件，概率法是依據(jù)統(tǒng)計學原理決定電路或系統(tǒng)中各元件發(fā)生故障的概率，從而判斷出最可能的故障元件。本文重點介紹確定法中的最小平方判據(jù)法。最小平方判據(jù)法又分為結合判據(jù)法和迭代法。
1.結合判據(jù)法：
設模擬電路含有m個不同的參數(shù)，對電路進行測量，得到m個不同的特性測量值，且m<n。令xi(i=1,2,3,4……n)表示參數(shù)值，yj(j=1,23…,m)表示特性計算值，因為如果電路的拓撲結構已知，則參數(shù)和特性之間存在一個確定的解析關系，所以y¬j=fj(x1,x2,….xn)。特性參數(shù)的測量值用gj(j=1,2,3…,m);如果實際所用的各參數(shù)值為實際值，同時測量不存在誤差，則gj=yj,即特性偏差為零，其中yj是在參數(shù)為額定值x10,x20,…,xn0時計算出來的。如果特性的測量值與計算值相等，說明電路沒有發(fā)生故障，處于正常工作狀態(tài)。
如果電路中第I個元件發(fā)生故障，其參數(shù)為xi,其余各元件的參數(shù)都為額定值，那么任意一個點的測試值都可以表示為xi的函數(shù)：yj=fj(Xi)=fj(x10,x20,…,xi,…xn0)j=1,23….m
其中，Xi為參數(shù)矢量，其中除第i個分量為xi外其余各分量為參數(shù)的額定值。于是有：j=1,2,3,…,m(1.1)
對每一個參數(shù)都引入一個物理量s，s為特性偏差的平方和，于是對于參數(shù)I有：i=1,2,3…,n(1.2)
當xi變動時，s也隨之而改變。如果電路中只存在單故障，那么當xi等于故障參數(shù)的實際值時，特性值的測量值與計算值十分接近，特性偏差接近與零。此時表征特性偏差平方和的物理量si將最小。因此我們可以將si作為故障診斷的一種判據(jù)，我們將si的最小值定義為結合參數(shù)I的靈敏度因子。
如果電路中發(fā)生的單故障是偏離其額定值不大的軟故障，特性值yi的計算值可以展開成泰勒級數(shù)：(1.3)
式中額定參數(shù)矢量X0=[x10,x20…,xn0]’;參數(shù)增量矢量，為泰勒級數(shù)中大于一階的高階項，若電路中發(fā)生的是軟故障，此項可以忽略不計。∣xi=xi0(i=1,2,3…n)，為特性j對特性I的靈敏度。發(fā)生單故障時，只有不等于零，所以(1.4)
代入(1.2)式可得：(1.5)令求得：(1.6)于是可以求出結合參數(shù)I的靈敏度因子(1.7)
測試前可先根據(jù)電路的額定參數(shù)計算出各靈敏度aji及各特性值的計算值yj0，測試后可以得到各特性的測量值gj,由上式可以直接求出靈敏度因子，從而確定故障發(fā)生點。
由前面的討論我們可以總結出采用結合判據(jù)法進行故障診斷的具體步驟如下:
（1）先進行測試，從可及節(jié)點得到m個特性測量值。
（2）求得結合參數(shù)xi的靈敏度因子，即si的最小值，作為故障診斷的判據(jù)。
（3）在n個參數(shù)的靈敏度因子都求得之后，其中最小的靈敏度因子所對應的參數(shù)是最有可能發(fā)生了故障的參數(shù)。
結合判據(jù)法簡單易行，所需的測量數(shù)據(jù)少，但是由于各元件的參數(shù)都存在一定的容差，各特性在測量時也存在一定的誤差，這些都會影響判斷的真實性。另外，從前面的分析我們可以看出這種方法只適合于參數(shù)變化不大的單、軟故障的定位，而不適用于多故障的定位。
2.迭代法
我們在最小判據(jù)法的基礎上進一步引申，找一個類似于靈敏度因子的判據(jù)，并計算使這個判據(jù)達到最小時的各個參數(shù)的值，即各個參數(shù)的實際值，然后與額定值進行比較，從而確定故障點，這樣就可以用于多故障的定位。這就是迭代法的基本思路。
與結合判據(jù)法不同的是，迭代法對所有的參數(shù)都共用一個判據(jù)。令(2.1)
其中，為特性測量值gj的方差。將yj=fj(X)在X0處按泰勒級數(shù)展開，如果不大，可忽略高次項，得(2.2)代入式(2.1),得：(2.3)
當s達到最小值時所對應的X＝X0+即為各參數(shù)的估計值，如果某些元件的參數(shù)估計值超過其容差范圍，則可能為故障元件。式(2.3)可以寫成：(2.4)其中：
如果要求s的最小值，只需對式(2.4)求導，并令倒數(shù)為零，可得：(2.5)我們采用迭代法求解，首先設X的初值為X0,在X0處計算P,A,PA,
然后再由式(2.5)計算出，由式(2.4)計算出s,完成一個迭代過程。然后令X的新值為,在X1處計算P,A,PA,及s的值，如此循環(huán)下去，直到第k次滿足時為止，此時對應的Xk就是所要求的參數(shù)估計值。
由此可以看出迭代法與我們前面所討論的結合判據(jù)相比，測量值數(shù)必須要大于或等于參數(shù)的個數(shù)，它考慮了測量誤差。另外，它能夠估計出各個元件的參數(shù)值，可以用于多故障診斷，但計算量大。
3.總結：
本文主要介紹了模擬電路故障診斷方法中的估計法。這種方法只需要較少的測量數(shù)據(jù)，但診斷結果一般只是近似的。估計法中的大部分方法都適用于電路元件的故障定位，可用于診斷線性電路中的單個的軟故障。其中很多方法還可用于多故障診斷，例如文中介紹的迭代法。
估計法只是一種比較傳統(tǒng)的故障診斷方法，隨著人們對這一領域研究的不斷深入，已經(jīng)出現(xiàn)了一些用于非線性模擬電路以及大規(guī)模網(wǎng)絡的故障診斷方法，例如分解網(wǎng)絡技術，人工智能技術等。故障診斷技術與計算機技術的結合也越來越密切，利用微型計算機和微處理器可使故障診斷更加快速可靠。
參考文獻：
第6篇：模擬電路分析與設計范文
【關鍵詞】 電路分析基礎；教學方法
引言
《電路分析基礎》是電子類、電氣類、自動化類等專業(yè)的專業(yè)基礎課，通過該課程的學習，使學生掌握電路分析基礎的基本概念和原理，培養(yǎng)對電路進行正確分析的基本能力，具備電類專業(yè)實驗實訓的初步技能，為后續(xù)的學習打下良好的基礎。高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標要求《電路分析基礎》課程教學更加突出實用性和實踐性，突出與生產(chǎn)實際相結合，使學生所學的知識能夠轉化成能力，畢業(yè)后成為生產(chǎn)一線的技術骨干。目前這門課程的教學多沿用傳統(tǒng)的教師講授為主、學生被動接受的教學方法，重理論、輕實踐，忽視學生獨立思考能力、分析綜合能力和動手實踐能力的培養(yǎng)，難以達到高等職業(yè)院校對學生職業(yè)能力培養(yǎng)的要求。本文就《電路分析基礎》的教學方法進行探討。
一、現(xiàn)象導向教學法
現(xiàn)象導向教學法是使學生同時用腦、心、手進行學習的一種教學方法，這種教學法是以“情境教學”的“境”即現(xiàn)象為導向，以人的發(fā)展為本位的教學[1]。
（一）實物導向：通過直接感知要學習的實際事物而進行的一種直觀方式。具有生動性、鮮明性、真實性，易于激發(fā)學生的求知欲，培養(yǎng)學習興趣，提高學習的積極性。例如，驗證性實驗。
（二）模像導向：事物的模擬形象，通過對事物模像的直接感知而進行的一種直觀方式。比如，常用的仿真軟件EWB，這種軟件可以融合文字、圖像、動畫和電路設計與仿真等多媒體形式，可以使課堂教學中許多抽象的和難以理解的內(nèi)容變得具體化、直觀化，同時，利用EWB軟件教學，可以設置各種電路故障進行仿真，使學生能真正掌握電子元件的特性、電路的調(diào)試等，將理論與實踐相結合，從而靈活應用所學知識。
（三）圖像及視頻導向：利用電影、電視、圖片和幻燈等現(xiàn)代化手段進行教學的一種直觀形式。根據(jù)需要，可將事物的重要特征進行特寫，它可以重復，且生動形象。這些圖文并茂的多種感官綜合刺激，對學生的認知結構的形成和發(fā)展非常有利，這也是其他教學媒體或其他學習環(huán)境無法比擬的。
二、啟迪教學法
在理論課堂教學中，應充分發(fā)揮教師的主導作用和學生的主體作用，實行“啟發(fā)式”教育，“授之以魚，不如授之以漁”。
每堂課上，教師要根據(jù)教學內(nèi)容及要求，向?qū)W生提出許多問題，在問與答中展開教與學，這樣才能充分調(diào)動學生用已有的知識思考問題、理解、掌握和探求新知識。同時，教師要努力營造一種生動活潑的民主氣氛，鼓勵學生積極參與課堂教學，教師必須始終記住自己與學生的地位是平等的。與學生的活動是交互的，要讓學生憑自己的直覺與經(jīng)驗觀察物理現(xiàn)象，分析物理規(guī)律，允許學生展開討論或爭論，可以獨立地發(fā)表意見，引導學生得出正確的結論，讓學生感到是作為教師的合作者學習的，以此提高學生自信心、責任感與主動性。
例如，在講解線性電路分析方法這一章內(nèi)容時，先介紹較為簡單并很容易理解的“支路電路法”，通過例題使學生發(fā)現(xiàn)用該方法求解時不僅需要列寫方程數(shù)多而且方程求解較繁瑣，從而引導學生提出“有沒有更好的解決方法？”進而引入“網(wǎng)孔電流法”、“節(jié)點電位法”等其它解決途徑；講解“戴維南定理”后，引導學生主動提出“該定理在具體運用中有什么途？”帶著這個問題去學習，不僅能對“戴維南定理”加深認識和理解，還為引出最大功率傳輸定理埋下伏筆。這樣通過積極引導，逐步培養(yǎng)學生學會思考，學會學習，提高自學能力。
三、任務驅(qū)動教學法
任務驅(qū)動教學法是建立在建構主義理論基礎上的教學法，是一種通過整合教學內(nèi)容，使學生在階段任務的驅(qū)動下分組探究，自行完成學習任務的方法[2]。任務驅(qū)動教學法的核心是“任務”的設計。任務設計的完整性、難易程度以及是否能引起學生的興趣等，將直接影響到整個課程的學習效果。例如，在講解基爾霍夫定律時，該課題設置的目的是為了在理論學習后，加深對基爾霍夫定律的理解，正確理解電壓、電流的實際方向與參考方向的關系，進一步練習使用電工儀器儀表。任務實施的步驟如下：
（1）要求學生動手接線前分析電路結構，并弄清楚電路有幾個節(jié)點、幾條支路、幾個回路、幾個網(wǎng)孔。該問題的設立為以下的任務做準備。
（2）完成電路連線。按照學生的分組自行完成，學生在接線過程中遇到的問題，教師進行操作示范。
任務二：驗證KCL定律。
（1）回答問題，電路用KCL定律可以列幾個方程？需要測量的電流有哪些？
（2）動手測試電流。在測電流的時候，一要注意電流表的接法。二要注意電流方向問題。
（3）列出兩個節(jié)點的KCL方程，計算電流代數(shù)和，驗證KCL電流。
任務三：驗證KVL定律。
（1）回答問題，電路用KVL定律可以列幾個方程？需要測量的電壓有哪些？
（2）測試電壓。要注意電壓的方向問題。
（3）列出三個回路KVL方程，計算電壓的代數(shù)和，驗證KVL定律。
讓學生自主交流心得，通過改變電源電壓值，使得流入各節(jié)點的電流值也隨著發(fā)生變化，但變化之后的電流依然滿足KCL定律，從而得出任何時刻，流入各節(jié)點的電流值之和等于流出各節(jié)點的電流之和。
結束語
隨著電子技術的發(fā)展，社會勞動力結構的調(diào)整，人才需求規(guī)格發(fā)生變化。雖然，每年有相當數(shù)量的高職畢業(yè)生走向社會，但是從質(zhì)量上看，還有一定比例的畢業(yè)生不能從事專業(yè)勞動，導致專業(yè)對口就業(yè)率低，造成教育投入的浪費，也影響了高職院校的社會聲譽，從而制約了職業(yè)教育的發(fā)展。所以，推進適合高職學生的教學方法勢在必行，這將為學生的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎，培養(yǎng)他們的生存能力，同時有利于人的全面發(fā)展和整個產(chǎn)業(yè)技術的進步。
參考文獻
[1] 毛文娟，彭遠芳.任務驅(qū)動法在高職《電路分析基礎》教學中的實踐[J].科技信息.2011（29）
[2] 陳愛群，吳秋平.淺析在高職《電路基礎》課程中運用“現(xiàn)象導向教學法”的意義[J].教育教學論壇.2011（4）
第7篇：模擬電路分析與設計范文
【關鍵詞】微世界;PSpice;電子教學;模擬仿真
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)01―0127―03
一 微世界理論及其在模擬仿真中的應用
微世界(Microworld)一詞最早由Papert提及,特指Logo的學習環(huán)境。Logo語言主要作為激發(fā)學習者思考、創(chuàng)造、認知發(fā)展的學習環(huán)境。利用簡單的電腦幾何作圖,學習者可以學習基本的程式設計、邏輯思考、幾何空間概念與解決問題的方法。它能夠讓學習者用很簡單的指令,學習控制“海龜”的移動,并觀察其移動的軌跡和特性;借由將“操作海龜”轉變成自己的物件來創(chuàng)造出自己個人的視覺世界,進而產(chǎn)生有趣的邏輯問題與幾何現(xiàn)象,探索邏輯與幾何觀念問題,最后提出假設加以驗證并解決問題[1]。
微世界是一種模擬真實世界現(xiàn)象與環(huán)境的發(fā)現(xiàn)式學習系統(tǒng)(環(huán)境)。它只是提供某一個學科知識領域的微小但完整的“世界”,將微世界作為向?qū)W習者傳遞知識和技能的一種環(huán)境或一種載體[2]。創(chuàng)建微世界環(huán)境的目的是為了向?qū)W習者提供一個可供自由探索、完全自主控制的學習環(huán)境,在該環(huán)境中學習者可以對學習進行自我組織,自行確定學習內(nèi)容與目標,從而達到幫助教師講授某個教學難點,或幫助學生學習某個知識技能點和探究新知的效果。
當前微世界的教學或?qū)W習環(huán)境大多是借助計算機化建模技術構造的,從這個意義上講,可以將微世界看作是一個有效整合計算機科技與模擬環(huán)境的認知學習支援工具。由于微世界具有仿真模擬真實環(huán)境的特點,它已經(jīng)被逐步應用到數(shù)學、計算機、經(jīng)濟學等各種不同的領域:20世紀90年代開始在中國廣泛應用的“幾何畫板”工具解決了平面幾何、物理矢量分析、作圖和函數(shù)作圖的難題,把抽象的內(nèi)容以形象的方式呈現(xiàn)給學習者;臺灣學者張基成以微世界在自然科學學習上的應用為著眼點,開發(fā)出名為《小小旅行家微世界探險》的微世界學習環(huán)境,其設計理念正是提供模擬真實世界現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)式與探索式的經(jīng)驗學習環(huán)境,借助于模擬與實驗活動,促進學習者主動發(fā)現(xiàn)與探索問題的認知歷程,從而激發(fā)學習者高層思考、多元創(chuàng)造、主動積極學習與解決問題的能力[3]。
二 PSpice在教學中的應用
在電子技術教學中經(jīng)常會遇到這樣的情況:學生對專業(yè)中所涉及的實用技術有濃厚的觀察和動手興趣[4],但對課堂教學卻十分厭惡。究其原因主要就是教學時因為學時的限制和實驗設備的局限性,使教師無法全部采用邊講理論邊做實驗的教學模式,以至于學生的好奇心被磨滅,甚至使學生對模電這門課產(chǎn)生畏懼,認為“模電就是魔鬼電路”。
由于微世界要求學生對模擬的環(huán)境可操縱、可建構,因此將基于微世界理論的仿真軟件引入到電子線路課堂教學中進行輔助教學可以大大改善教學的效果。比如現(xiàn)在比較流行的PSpice軟件,它允許學習者利用它提供的元件構造各種模擬電路和數(shù)字電路,并可以動態(tài)測試電路的性能,幫助學生在理論學習過程中及時印證所學的內(nèi)容,理解電路的復雜變化工程,達到理論與實踐相結合的目的。
PSpice是由SPICE發(fā)展而來的用于微機系列的通用電路分析程序。SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是由美國加州大學伯克利分校于1972年開發(fā)的電路仿真程序。隨后版本不斷更新,功能不斷增強和完善。PSPICE可以對眾多元器件構成的電路進行仿真分析,能進行模擬電路分析、數(shù)字電路分析和模擬數(shù)字混合電路分析。其主要分析功能包括直流分析、瞬態(tài)分析、蒙特卡羅(Monte Carlo)分析和最壞情況(Worst Case)分析等,用它還可以觀察到變量的各種波形數(shù)據(jù)列表,功能強大[5]。
下圖是PSpice A/D的運行界面,PSpice A/D (included in OrCAD with PSpice v10.5)是一個全功能的模擬與混合信號仿真器,它支持從高頻系統(tǒng)到低功耗IC設計的電路設計。PSpice的仿真工具已和 OrCAD Capture及Concept HDL電路編輯工具整合在一起,讓工程師方便地在單一的環(huán)境里建立設計、控制模擬及得到結果。
在電子技術實驗教學中,除了要求學生掌握一些常用儀器的使用方法和參數(shù)測量方法外,一般要求學生通過所做實驗進一步掌握有關元器件及電路的各種性能,通過直觀的實驗鞏固所學的理論知識。然而對于復雜電路,學生在短時間內(nèi)很難把握電路輸出及各種性能指標。由于PSpice的仿真計算精確,利用PSpice仿真軟件進行電子電路的分析驗證幾乎與真實實驗室環(huán)境下的實驗調(diào)試結果一致。PSpice有文本和圖形兩種輸出方式,有利于學生對電路的全面理解,而且具有完全不耗材和元器件資源、儀器儀表資源豐富及設計調(diào)試安全等特點。
三 教學應用實例
1 教學問題
我們結合一個具體的教學實例來對PSpice在模擬電子教學中的應用進行詳細闡述。如圖2a是一個乙類互補對稱功放電路(參照PSpice幫助文檔中功率放大器電路仿真例題及聯(lián)系),基于該電路要解決如下問題:
第一,Vi幅值為5V,頻率為1KHz的正弦波。作瞬態(tài)分析,觀察輸出Vo形的交越失真。進一步作直流掃描分析,求失真所對應的輸入電壓范圍。
第二,為減小和克服交越失真,在兩基極間加上補償二極管及相應電路,以供給T1和T2兩管一定的正向偏壓,構成甲乙類互補對稱功放電路(圖2b)。再作瞬態(tài)分析,觀察輸出Vo交越失真是否消除。
第三,求圖2b的最大輸出電壓范圍。
2 教學過程
在PSpice中可以通過以下步驟來分析該電路:首先進入Schematics主窗口,繪出圖a所示電路,并設置好參數(shù),接著按以下步驟進行解題:
第一,設置瞬態(tài)分析(Transient)功能。得瞬態(tài)波形如圖2c所示,可看出Vo有交越失真。再設置直流掃描分析(DC Sweep),信號源Vi的掃描范圍為-2V~+2V。得電壓傳輸特性如圖2d所示,由圖中看出,輸入電壓在-0.68V~+0.68V范圍內(nèi)出現(xiàn)失真。
第二,將電路改成圖2b的形式,重復(1)的步驟,可得電路的瞬態(tài)波形和傳輸特性分別如圖2e、2f所示,可看出Vo已無交越失真。
第三,設置直流掃描分析,電壓源Vi的掃描范圍為-10V~+10V。得電壓傳輸特性如圖2g所示,由圖中看出,最大輸出電壓范圍約為-5V~+5V。
3 討論
根據(jù)上述教學實例,我們可以看出基于微世界理論的PSpice模擬仿真軟件在輔助教學中可以起到如下作用:
(1)將實驗室引進課堂,提高教學效率
微世界倡導的學習模式是情境式、經(jīng)驗式、自我調(diào)節(jié)式的“在做中學”。在有關電子技術的部分教學中,實驗耗時多,實際操作難度大,難以在課堂時間內(nèi)穿插演示,而人的記憶具有隨時間推移遺忘率增大的特點,如果理論與動手的時間間隔較長,學生的學習效率就會降低。例如在上述“乙類互補對稱功放電路”教學中通常采用分段式教學,論教學和實驗部分分開進行,但這樣會造成知識在傳授過程中的斷點。應用PSpice輔助教學就能直接在課堂上快速、完整的建構出實驗原理圖,并且能夠展現(xiàn)完美的仿真實驗過程,及時顯示實驗結果。
(2)調(diào)動學生學習的主觀能動性,培養(yǎng)學生的分析、應用和創(chuàng)新能力
微世界學習環(huán)境的出現(xiàn)為學生問題的解決提供了嶄新的平臺,促進學生在學習后將知識遷移到實際環(huán)境中,學生可以借助于微世界建立問題空間的模型,通過假設驗證等類似科學家探究問題的方法來解決遇到的問題。例如在該教學實例中,學生可以在PSpice中添加或修改各種元器件以探索解決乙類互補對稱功放電路出現(xiàn)的交越失真問題的方法。它可以加強學生與學習環(huán)境的交互,使學生明確問題的性質(zhì),進而作出明確的表征,并通過建模調(diào)試到反思和總結,在遍遍錯誤和重新尋找解決辦法的反復過程幫助學生解決問題。同時學生還能對問題所涉及的相關知識有更深刻的理解,達到將所學知識融會貫通的目的。
(3)可以恰當運用反例教學,培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)與解決問題的能力,優(yōu)化教學效果[6]
微世界可以培養(yǎng)學生觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題、尋找資料、提出假設、設計實驗、執(zhí)行實驗、驗證結果與討論結果等系統(tǒng)化程序的能力。在傳統(tǒng)電子技術的實驗課中,對實驗時接線的要求非常嚴格,萬一接錯線可能會燒壞元件甚至燒壞儀表,不僅造成實驗材料的浪費而且還有一定的危險性。而將PSpice引入教學后,學生則不必畏首畏尾,可以把電路圖故意接錯,設置短路、斷路、漏電等故障:如在電路中接一指示燈進行故障仿真時會出現(xiàn)指示燈被燒壞或不亮等現(xiàn)象,此時再加上教師的及時解釋和強調(diào),將會給學生留下深刻的印象,從而大大減少實際操作中的線路故障率,節(jié)約實驗材料,提高實驗效率,改善和提高學生掌握正確的測量方法和熟練使用儀器方面的能力。PSpice給學生提供了模擬真實情景的問題情境,是學生應用知識、解決問題的一種良好的訓練工具。
四 結語
簡言之,基于微世界理論的PSpice軟件具有逼真再現(xiàn)真實電路并能自行操作的顯著特點,將其作為一種教學媒體和教學環(huán)境引入電子技術的課堂可以給學生留下深刻的印象,顯示出傳統(tǒng)教學不可比擬的優(yōu)勢。它能有效地激發(fā)學生的學習興趣和求知欲,激勵學生積極主動的學習思考,從而達到認識事物、啟發(fā)思維、激發(fā)想象、引導感情的目的,提高了學生分析問題和解決問題的能力,提高了學生實踐和動手能力,培養(yǎng)了學生勇于探索不斷創(chuàng)新的能力,促進了電子技術課堂面貌的革新,使電子技術不再枯燥。但同時也應看到電子實驗培養(yǎng)學生動手能力的重要性,電路的焊接和調(diào)試的實際操作是該軟件無法實現(xiàn)的,因此完全依賴微世界而舍棄實際操作是不可取的,在實際教學中必須將兩者合理結合,充分發(fā)揮仿真軟件在電子教學中的魅力,達到最佳教學效果。
參考文獻
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第8篇：模擬電路分析與設計范文
【關鍵詞】電子線路；仿真技術；分析；應用
一、引言
在接受系統(tǒng)設計任務之后，電子工程師首先要做的就是對設計方案進行確定，并且對于該方案要求相符的元器件進行選個，之后以具體元器件為依據(jù)，對電路原理圖進行設計，然后針對數(shù)字電路的邏輯模擬、故障分析、模擬電路的交直流分析與瞬態(tài)分析等進行第一次仿真。此外，站在另外一個角度，在計算機技術與集成電路技術不斷進步的背景下，現(xiàn)代電子與電工設計逐漸朝著自動化的方向發(fā)展，虛擬仿真技術在電子產(chǎn)品前期調(diào)試中具有重要的應用價值，對于電路分析、設計與創(chuàng)新能力的提升而言有著關鍵的影響。
二、軟件功能與特點分析
Multisim2001軟件的一個最重要的特點就在于仿真方法充分考慮了實際問題，在元器件、儀器的選用方面非常貼近實際情況，其元件庫提供的電路元器件數(shù)量達到數(shù)千種之多，并且元器件的理想值能夠從中獲取，例如對分析進度的要求比較特殊，可以對具體型號的器件模型進行選擇，以此作為虛擬的電子工作臺，Multisim200軟件的電路分析手段也比較信息，基本的分析方法比較完善，例如瞬態(tài)分析、噪聲分析、失真分析、直流工作點分析以及交流分析等等，而高級分析也包含了十余種電路分析方法，例如零極點分析、靈敏度分析、參數(shù)分析、最壞情況分析等等，在該軟件的支持下，設計人員可以對不同情況進行細致分析，進而對故障狀況下的電路工作狀態(tài)進行觀察。在仿真的過程中，還能夠?qū)y試點的數(shù)據(jù)進行存儲，將所有元器件清點羅列出來，還具備向Excel文件進行轉換的功能，并且測試儀器的工作狀態(tài)的存儲、波形與測量數(shù)據(jù)的顯示等等都得以實現(xiàn)。存放在Multisim2001儀器庫的虛擬儀器有11種。此外，在電路圖創(chuàng)建過程中，該軟件需要的元器件庫與現(xiàn)階段大部分電子線路分析軟件能夠相互兼容，并且能夠相互轉換，基于該軟件支持的電路文件，能夠?qū)⑾虺Ｒ姷挠≈凭€路排版軟件進行輸入，如此一來，電子產(chǎn)品的開發(fā)就更加快速，設計人員的工作效率也得到很大的提升。
三、基于仿真軟件對實際電子線路的仿真分析
1.電路原理圖的編輯1.1選取器件首先，雙擊Windows界面中的Multisim2001圖標，進入到主窗口，在工作區(qū)編輯并測試電路原理，將器件庫中調(diào)出電路原理圖中涉及到的元器件，具體操作為點擊元器件欄中的器件圖標，將元器件庫打開，然后電機該元器件，并向電路工作期拖移，如下圖所示。為了將10kΩ電阻調(diào)出來，單機工具按鈕，將10kΩ的電阻找出來，然后向窗口工作區(qū)拖移，并采用相同的方式將功率放大器、電容等器件調(diào)出，如果需要以原理圖位置放置元件，那么可將元器件進行相應的旋轉。1.2連接導線將鼠標指向元器件端點，進而會有一個小圓點出現(xiàn)，以左鍵單擊將一根導線向另一個元器件端點進行拖拽，在完成連接之后，導線會對相應的走向進行自動選擇，其他元器件或儀器不會與其產(chǎn)生重疊，到此就算完成了原理圖的編輯。2.儀器使用在儀器庫中拖拽相應的儀器圖標，在移至電路工作區(qū)后即完成了儀器的選用。儀器圖標上會有在連入電路中發(fā)揮作用的連接端，以文本介紹的例子為參考，上圖中對示波器的使用一共有A、B、G、T四個連接端，分別為兩個通道端、觸發(fā)端以及接地端，如果測試波形有觀察的需要，那么可以對儀器圖標進行雙擊，將儀器面板打開即可。
四、電路的仿真分析
1.仿真流程在開始仿真分析之前，對儀器圖標進行雙擊，將儀器面板打開，做好被測試波形的觀察準備。將電路啟動/停止開關按下開始仿真分析，如果將開關在此按下，那么就會停止仿真分析，在啟動電路之后，為了確保波形顯示正常，應對示波器時基與通道控制進行調(diào)整。2.仿真輸出結果在波形的觀察中，可以基于Multisim2001工作臺，獲取其中的示波器對實際電路的觀察結果，具體如下圖所示。通過示波器對輸入、輸入波形進行測定，其中輸入波形為A通道，藍色，輸入波形為B通道，紅色。
五、設計指標
1.放大倍數(shù)第1級Gain=1+200k/22k=10；第2級Gain=1+1M/10k=100；從中不難發(fā)現(xiàn)，該電路的中頻電壓大約放大了1000倍。2.幅頻特性單擊Simulate|Analyses|ACAnalysisi...，將交流頻率分析設置對話框打開，對起止頻率進行設置，分別為1Hz、1MHz，采用Decade作為掃描類型，最后對“Simulate”按鈕進行點擊，將交流分析啟動，并獲取分析結果，具體如下圖所示。3.參數(shù)調(diào)試，優(yōu)化設計確定方案在模擬仿真分析之后，如果上述電路設計與設計要求不相符，那么可以對元件參數(shù)或者元件型號進行適當更改，并使其與設計要求相符合，使最終元件參數(shù)得以確定。如果想要對電阻取值進行更改，那么就可以電阻進行雙擊，然后以屏幕提示為參考鍵入阻值，電路更改之后可以馬上進行仿真分析，通過對虛擬結果的觀察與分析，來判斷設計與實際要求是否相符，顯然，這在實際電路板中存在較大的難度。六、結束語根據(jù)上述實例分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，Multsism2001這種電子實驗臺具有較強的開放性，模擬水平也相對較高。通過Multsism2001的運用，電路、信號與系統(tǒng)的輔助分析與設計水平得以有效提升，在未來電子工程、信息工程以及自動控制領域中，該項技術的應用與發(fā)展具有十分巨大的潛力。
參考文獻
[1]董磊.仿真技術在分析電子線路中的重要性[J].硅谷,2009,(4):27-27.
[2]趙山.EDA仿真技術在電子線路分析中的應用[J].現(xiàn)代電子技術,2003,(10):57-59.
第9篇：模擬電路分析與設計范文
關鍵詞：電路分析基礎；課程體系；教學模式；實踐教學
《電路分析基礎》是電氣工程類專業(yè)的第一門專業(yè)基礎課，是電子通信學科的基礎核心課程之一。學好本門課程，對學生后續(xù)課程的進一步學習有著重要的和深遠的影響，也對培養(yǎng)學生的專業(yè)學習方法、動手能力、基本技能以及工程概念等起著十分重要的作用。這里筆者就《電路分析基礎》課程教學體系的改革與教學大綱的修訂、課堂教學模式的探討等方面談一些體會。
課程教學體系的改革與教學大綱的修訂
（一）《電路分析基礎》課程內(nèi)容體系改革的新思路
隨著社會需求和人才素質(zhì)與結構的變化，對傳統(tǒng)的課程體系提出更合理的改革，這種需求顯得越來越迫切。另外，注重課程體系間的相互聯(lián)系也非常重要。所以現(xiàn)在出現(xiàn)了把“電路”與“電子技術”或其他課程以模塊方式組合成一門課程，這是一種已經(jīng)開始推行并被大家認可的課程體系改革。
高職教育實際上是大眾化教育，培養(yǎng)的是有一定理論基礎的實用型、職業(yè)型技術人才。職業(yè)技術人才的培養(yǎng)，對實踐能力和動手能力的要求大大提高。筆者認為動手能力和基本技能實際上是一種綜合能力。隨著科學技術的發(fā)展，學科間的交叉和滲透越來越明顯，利用傳統(tǒng)的《電路分析基礎》課程體系，甚至模塊式課程體系實現(xiàn)教學目標存在一定的困難。為了解決這個問題，筆者提出一種更加新穎的《電路分析基礎》課程的改革思路，即將某些相關學科內(nèi)容，如電子測量技術與儀器儀表使用、元器件及工藝等，融入《電路分析基礎》課程。職業(yè)教育應著重于職業(yè)知識技能的訓練和實踐能力的培養(yǎng)，根據(jù)這種教育觀念，《電路分析基礎》課程在課程內(nèi)容的設置上應該打破傳統(tǒng)課程的學科單一性，而將相關的學科知識和技能與電路分析基礎知識有機地結合在一起，這樣就能很好地給《電路分析基礎》課程的實踐教學環(huán)節(jié)提供相關知識與技能，使《電路分析基礎》課在實踐能力和動手能力的培養(yǎng)上，得到根本的以及應有的支撐，也為后續(xù)課程在提高職業(yè)知識技能的訓練和實踐能力的培養(yǎng)上，開辟一條綠色通道。
（二）關于教學大綱的修訂
在教學大綱的修訂上，應強調(diào)基本理論的學習，基本方法的掌握，基本概念的理解以及因材施教的原則。教學重點應放在強調(diào)基礎、弱化難度；強調(diào)基本概念、弱化解題難度；強化基本概念和基本方法的掌握及準確運用定律和公式，弱化某些推導和公式記憶上。比如，在講授電路的基本分析方法這一塊內(nèi)容時，對于通信、微電子專業(yè)應該重點講授電路的等效變換（如電阻的串、并聯(lián)，兩種電源模型的等效變換，戴維南定理，疊加定理等），網(wǎng)絡方程法選擇一兩種講授即可，且重點在“方法的運用”，而非“推導過程”。
教學大綱的制定，傳統(tǒng)做法往往追求單一學科知識結構的完整性，面面俱到。然而，面對現(xiàn)今理論課時大幅壓縮、學生的素質(zhì)較差這樣一個現(xiàn)實，按傳統(tǒng)做法，很難實現(xiàn)使學生掌握完整的知識結構體系的目的，反而弱化了基本知識和重點知識的掌握。所以一定要根據(jù)專業(yè)需求和培養(yǎng)目標，從“廣而博”的電路分析學科知識中進行選擇，重構“少而精”的教學內(nèi)容。這對編寫教學大綱的教師提出了更高的要求，一方面要與相應專業(yè)的教師緊密溝通，另一方面應該對該專業(yè)的知識結構和內(nèi)容有一定的了解和理解，即具有較廣的知識面和工程技術能力。刪減不是簡化，不是泛泛而談，而是集中力量把基本概念、基本定律和重點內(nèi)容講透，且反復強化（包括舉例、設置問題、討論、課堂練習、作業(yè)、實驗、實訓、課程設計等），以強化基本知識的掌握。
（三）對強化和改革實踐教學環(huán)節(jié)的探討
強化和改革實踐教學環(huán)節(jié)，一方面要增加實驗課時，另一方面要制定科學的符合培養(yǎng)目標的實驗實訓項目。關于電路課程的實踐教學，這是一個必須重視的環(huán)節(jié)。通過實驗和實訓，使學生真正掌握電路知識及實驗的基本技能和安全操作知識，學會常用電工電子儀器儀表的使用，以及電路參數(shù)和元器件的測量，注意培養(yǎng)學生的動手能力；培養(yǎng)學生初步掌握一定的電氣工程技術的能力；了解專業(yè)信息渠道與檢索的能力、識讀電路圖的能力和排查電路故障的能力等。
過去傳統(tǒng)的電路實驗以驗證性實驗為主，效果并不理想，已經(jīng)不適應高職教育的需求。因為電路課程既是電路知識的入門，也是專業(yè)技能的入門。技能的習得過程，可借鑒美國加利福尼亞大學德萊弗斯兄弟等人提出的技能發(fā)展模型，即德萊弗斯模型：新手—高級學徒—合格者—熟練者—專家。該理論研究了技能發(fā)展從新手到專家的五個階段。根據(jù)這個理論，結合筆者的教學實踐與技術工作經(jīng)驗，對高職教育電路課程的實驗課程教學，提出這樣的改革建議：保留部分傳統(tǒng)的驗證性實驗，增加電工基本技能訓練實驗和工程應用型實驗。
試驗內(nèi)容筆者把試驗內(nèi)容大致分為如下三個部分：（1）電工基本技能訓練實驗，應包括如下幾個內(nèi)容：線路的搭接、元器件的識別；通用儀器儀表的使用，儀器儀表的精度概念；電路參數(shù)的測量方法、元器件參數(shù)的測量方法等；測量數(shù)據(jù)的處理，測量誤差的計算。（2）驗證性實驗。這在電路課程里已是一種較成熟也較完整的實驗體系，可根據(jù)專業(yè)需要或具體情況進行選擇與修改。（3）工程應用型實驗?？筛鶕?jù)專業(yè)需要進行開發(fā)，比如電路故障檢測、排查與維修，自選測量用儀器儀表和元器件，實驗方案的設計和測量方法的制定等等。
實驗時間的安排這也是一個值得研究的問題。過去的驗證性實驗一般安排在相應理論教學內(nèi)容之后。筆者認為，應該根據(jù)授課內(nèi)容的實際需要安排實驗時間。比如線性電阻的伏安特性測試實驗，安排在講電阻元件和歐姆定律之前做，并設置幾個問題讓學生思考，通過該實驗，讓學生感覺是自己歸納總結出的歐姆定律，對歐姆定律的掌握效果更好。再比如，在講暫態(tài)分析的暫態(tài)（過渡過程）的概念之前，安排一個RC電路的充放電實驗，給學生一個感性認識，并讓學生了解，哪些參量的改變將影響充放電的速度（或時間）。通過這個實驗，不但加深了概念的理解，而且提高了學生學習的興趣。
實訓課要求應設計成工程技術與技能綜合應用型課程?，F(xiàn)以安裝調(diào)試萬用表為例，作如下的設計和要求：（1）學會識讀電路圖，掌握萬用表電路工作原理；（2）掌握元器件及其參數(shù)的識別、選擇與采購；（3）掌握焊接工藝和安裝；（4）學會排查故障和維修；（5）學會萬用表靈敏度的調(diào)試；（6）了解或?qū)W會儀表的校驗；（7）了解專業(yè)信息渠道與檢索；（8）掌握實驗實訓報告的書寫。
課堂教學模式的探討
理想的課堂教學模式應該是教師在掌握多種教學模式，并了解不同模式的適應條件及其局限性的基礎上，根據(jù)具體的教學目標和教學情境所選擇的最適當?shù)慕虒W模式。教學內(nèi)容的多樣性、教學過程的復雜性以及教師對教學過程理解的差異性等因素決定了教學模式的多樣性。從另一方面來看，學生智力的差異性和學習風格的多樣性導致了學習方式的多樣性和學習過程的個性化。所有這些，都要求教師要學會運用開放的、多樣化的方式和策略，把多種教學模式靈活地注入到課堂教學中。
美國高校20世紀80年代以來，興起了一種新型的課堂教學模式，這種模式主要由三種模型構成：范例教學模型、交互式教學模型、小組合作學習模型。主要是通過從感性認識到理性認識、從具體到一般，并通過學生與教師、學生與學習伙伴、以及學生與學習資源之間的互動，一方面幫助學生構建知識、發(fā)展能力，另一方面促進學生成為學習的主人。筆者覺得該教學模式值得借鑒和推廣。
（一）范例教學模型
范例教學模型屬于“概念獲得”教學模式，目的是通過實例幫助學生有效地學習新概念、新知識。實例也可以是實驗（如上述安排在相應理論教學內(nèi)容之前的線性電阻的伏安特性測試實驗、RC電路的充放電實驗等）。比如，通過線性電阻的伏安特性測試實驗，引出線性電阻和非線性電阻的概念，引出歐姆定律。應強調(diào)的是，在運用范例進行教學的過程中，不僅要呈現(xiàn)范例，更重要的是向?qū)W生示范在頭腦中對信息進行加工的全過程，包括解決一個問題，或?qū)碗s的信息進行歸納、重組時的心理活動，即著重于演示思維過程。教師呈現(xiàn)范例幫助學生學習新知識，還要讓學生自己選擇范例驗證知識，最后能運用知識創(chuàng)造范例。
（二）交互式教學模型
交互式教學模型在課堂教學中是一種非常重要的課堂教學模型，是以師生對話為背景構建的互動教學方式。
在互動教學中，教師的任務是精心設計課堂提問，利用提問吸引學生參與對話。通過對話，可對范例進行分析、歸納，形成概念，讓學生真正參與其中。課堂提問可分為低層次——對新概念進行辨識和描述；高層次——引導學生用比較、應用、綜合、評價等方法對信息進行加工。課堂提問根據(jù)需要，有些可設計成聚合性問題，有些可設計成發(fā)散性問題。
這里仍以“電阻元件和歐姆定律”這一章節(jié)內(nèi)容為例，說明在進行交互式教學時，如何通過設置問題來達到教學目的（詳見表）。
交互式教學模型的形式是對話和傾聽。這就要求在課堂上創(chuàng)設一個互相尊重、互相信任、互相平等的教學氛圍。
（三）小組合作學習模型
小組合作學習模型，要求在課堂上創(chuàng)設一個互教互學的學習環(huán)境，通過人際交往促進認知的發(fā)展，通過恰當?shù)慕M織形式提高學習興趣和學習效果。
小組合作式比如，當課堂上剛講完某一知識點內(nèi)容，往往要出一些課堂練習題讓大家來做，以加強對這一知識的理解或運用，問題是此時會有相當一部分學生不完全會做，有些學生就此放棄學習。這時采用小組合作式效果較好。將學生分成若干小組，讓每個小組分組討論，小組成員共同來做某些題，然后每個小組派代表到黑板上來演示他們的解題過程，再讓其他組來點評，最后由教師點評或裁判。這是一種互助式的學習，參與的學生將增加很多，課堂氣氛也相當活躍。
切塊拼接式就是將某一教學內(nèi)容切塊，分到每一組進行分組閱讀，讓學生談自己的理解，最后由教師來講解。這種方式的特點是文章（內(nèi)容）切塊，合作備課，互教互學，培養(yǎng)和提高學生的自學能力。
團隊合作式這種方式主要體現(xiàn)在分工合作上。比如，在課程設計（或?qū)嵱枺┲?，有一個內(nèi)容要求學生在某個時間段里完成查找元器件及電路圖資料，進行元器件市場調(diào)查與模擬采購。因為時間有限，可根據(jù)學生的特長和意愿，安排一部分學生負責查元器件手冊，一部分學生負責上網(wǎng)查資料，另一部分學生作市場調(diào)查與模擬采購。最后大家交流信息，探討問題，分享成果。學生在這種多邊互助互動與協(xié)作的集體活動中，可以增長知識，發(fā)展能力，培養(yǎng)合作精神。
參考文獻
