虚拟仿真电子技术十篇

虚拟仿真电子技术篇1

关键词：虚拟仿真技术；电子技术信息化教学；Multisim仿真软件

大多数高校的工科专业都开设有电子技术课程，该课程是一门理论性和实践性都非常强的课程，需要学生扎实掌握电路原理和分析方法，具备模拟和数字电路的分析设计能力。面对日新月异的新技术和新知识，转变教育思想和教育观念，用新的理念改革教学内容和教学方法，特别是在新工科背景下推进实践教学改革[1]，从而培养工程实用型人才，一项重要的举措就是增加实践教学环节的学时，锻炼学生的实践能力。但是，一方面，受到教学条件和课程设置的限制，无法保证学生能够随时进入实验室；另一方面，传统实验不够灵活，固化的实验项目限制了学生的创造性。因此，很多学校引入了虚拟仿真技术，如电力电子实验仿真平台[2]。还有学校将虚拟仿真技术与教学平台相结合，建立了虚拟仿真实验中心，如林业技术装备虚拟仿真实验中心[3]、电子信息技术虚拟仿真实验平台[4]。本文对如何充分利用信息化教学手段，结合虚拟电子仿真技术进行研究，以期达到提高学生实践能力的目标。

一、电子技术信息化教学概述

电子技术一般分为模拟部分和数字部分，其中模拟部分理论性较强，数字部分实践性较强。对于计算机专业的学生，理论教学多为52学时。很显然，如果学生想牢固掌握知识内容，仅靠课上教学是不够的，学生还需要课下预习、复习和动手实操。为了更好地指导学生进行课下的学习，笔者建设了电子技术网络课程，方便学生自学和复习。笔者针对教学中的重点和难点，录制微课，上传至网络平台，并与学生在线交流。架设实验教学管理服务器，方便学生提交实验报告和结果。在实验教学管理系统中提交的实验结果需要学生在课下完成，引入虚拟仿真技术，学生即可灵活地利用课余时间完成实验预习和实验练习任务。

二、Multisim仿真软件

Multisim是一款非常优秀的仿真软件，利用该软件能够进行板级的模拟和数字电路仿真。该软件比SPICE简单，容易上手，并且该软件功能强大，提供了主流电子器件商生产的超过17000种电子元件。最重要的是，在学生预习和复习阶段，引入Multisim仿真软件不仅能节省大量的电气元器件、实验器材，还为实验提供了安全保障[5]。

三、虚拟仿真技术在电子技术信息化实践教学中的具体应用

在教学中引入虚拟仿真软件，一方面能够让学生拓宽知识面，锻炼其自主学习能力；另一方面满足了学生课程学习的需求。通过网络平台布置预习和练习任务，学生在实验管理服务器上提交结果，达到提高实践动手能力的目的。如图1所示，为虚拟仿真技术在信息化实践教学中的应用场景。下面，笔者以Multisim为例，通过两个实验说明虚拟仿真技术在信息化实践教学中发挥的作用。例如，在进行模拟部分的集成运算放大器实验时，封闭的实验箱仅能锻炼连线等操作，参数调整不方便直观。学生在实验过程中不理解原理，一节实验课变成了实验仪器练习使用课。笔者首先将放大器实验给学生，让其利用Multisim设计如图2所示的仿真电路进行预习，这只需花费很少的时间。通过更换信号源V1，可实现多种直流信号、交流信号的反向放大。调整电阻R3和R1的值，改变反向比例参数的值，学生可以直观地验证反向比例系数。在输出端，学生可以通过示波器、万用表等多种虚拟分析仪器，对结果进行分析和显示。又如，数字电路的实验安排在模拟电路实验之后，传统实验方法是使用不同实验箱分别完成模拟和数字实验，学生还没有完全熟悉一项实验设备就要更换另一种。利用虚拟仿真软件则可以非常容易地实现数字电路结构的仿真，有很好的连贯性。如图3所示，为使用Mul－tisim实现六十进制计数器电路，该级联计数器实验需要较多的连线操作，学生不熟悉实验设备和原理很容易造成课上时间的浪费。如果通过设计如图2所示的虚拟仿真电路，学生就可以充分理解电路原理，学生再进行实物实验时，就可以加快连线速度，取得较好的实验效果，大幅提高学生的实验效率和质量。

虚拟仿真电子技术篇2

Abstract The application of virtual technology to the teaching of electronic technology is a hot topic in the reform of electronic technology in Colleges and universities. On the computer， the Multisim software is used to simulate some of the circuits. It can demonstrate the experiments that cannot be done in the classroom and laboratory， and solve the difficulties in learning， so as to embody the teaching principles of combining theory with practice. Therefore， this paper will explore the application of virtual simulation experiment in the current electronic technology teaching reform， and put forward corresponding suggestions for its practical application measures， so as to better accomplish the teaching of electronic technology.

Keywords virtual simulation experiment； electronic technology； teaching reform； application

相对于传统的电子线路实验，虚拟仿真实验的演示结果与理论值之间的误差更小，参数修改更方便，且电路构造灵活，扩展性非常强，故目前高校电子技术教学改革中不约而同地引入了虚拟仿真技术，本文将针对虚拟仿真实验在高校电子技术教学中的应用进行分析与探讨，从而增强虚拟仿真实验在电子技术教学中的应用效果，提高高校电子技术教学的教学质量及满足培养电子技术专业的人才的需要。[1]

1 虚拟仿真技术的优点及应用现状

电子技术是一门实践性非常强的学科，而在课堂上，由于在实验箱上进行实验繁琐且实验数据误差大，教师无法在课堂上演示所有实验。现在一般学校采用的方法是老师讲授完相关理论知识后再由学生在实验室验证，这样容易面造成了理论和实际的分离；另外电子技术高速发展，新电路、新器件不断涌现，而实验室受条件限制无法及时满足各种电路的设计和调试要求，实践环节的缺失影响了学生的学习兴趣与学习效果。

为解决此问题，一味地依靠教师的理论教学是不够的，只有课堂教学与实验结合，才能够从根本上解决。虚拟仿真技术是把Multisim仿真软件运用在PC平台上，作为图形操作的界面，与相似的现实中电子实验工作台连接，工作台能够完成与现实一样的实验操作。[2]由于虚拟仿真技术在电子技术中的应用范围主要是电子电路分析、设计及仿真方面，所以普遍采用的是一种EDA软件，因为其实践效果强，环境模拟逼真，教师对这类软件的操作也比较便利，学生在实验课中也能够灵活地对实验参数、电路改造等进行模拟，能够满足学生的实践操作欲望，对其动手能力进行有效锻炼。

2 Multisim软件的介绍

Multisim软件是目前高校引进虚拟仿真实验的重要工具，实质上Multisim软件是在windows系统环境下开发出的电路仿真软件，能进行电路瞬态分析、稳态分析、时域和频域分析、噪声分析、直流分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析、电路容差分析等，且可以完成故障模拟及数据储存等要求，其功能十分完善。Multisim软件优点：能为用户提供直观的操作界面，便于原理图的设计输入，能够帮助学生进行元件放置及连接、任意拖动引线和进行微调，有利于教师对学生的实践能力评价；元件的划分系列有序，便于学生在数量众多、型号丰富、器件模型繁琐等情况下，快速寻找到所需的元件，节省了实验时间，便于实验的高效进行；丰富了电子设备种类，由于学校对电子实验室的投入限制，电子实验室能够提供的实际设备是有限的，故而很多实验都要因实际原因进行调整，但Multisim软件能够提供与实际功能相同的函数发生器、波特图仪字信号、频率计发生器、示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪、失真度仪、网络分析仪等18种虚拟仪器，以及与实?H完全相同的示波器、数字万用表、信号发生器，既节省了实验室投入成本又便于学生的实践操作； Multisim软件的仿真电路的准确性非常高，比如对比传统的SPICE模型的高频仿真实验， Multisim软件采用了高频电路仿真元件模型库及仪表搭建高频电路所进行的高频电路仿真实验，其数据的准确性远远高于SPICE模型，加之Multisim软件能够从计算机上直接进行实验数据曲线、电路原理图、元件库清单等打印，缩短了实验的时间，能够让学生更为直观地了解到自身实验操作的情况。

3 虚拟仿真实验在电子技术教学中的应用研究

基于虚拟仿真技术的各类优点，高校的教学情况及学生的学习状况等实际情况，虚拟仿真实验在电子技术教学改革中的应用可以从教学模式及学习组织形态这两方面进行，能够更好地加强其应用效果。

3.1 情景式教学

从学习共同体的构建及学生认知特点这两个角度来看，目前电子技术教学所缺乏的是情景式的教学氛围。情景式的教学能够使得学生更快地融入到学习状态、工作环境中，虚拟教学能够较好地营造情景式教学氛围，使得学生在逼真的教学环境中，进行实验操作。学习情景与真实世界的结合，能够提升学生的学习效果 。[3]其具体的应用方式是，在电子技术课堂教学中，使用虚拟仿真技术创设出一个虚拟的真实环境，将实验室操作台，图形等难以表达的事物虚拟变化呈现出来，例如在电路实验中，通过电路仿真模拟呈现出现实的电路工作状态，将电路输出结果转化为一个变化的动态过程，使得学生可以直观地观察整个变化过程。教师通过合理的引导将复杂难懂的理论知识形象化，如此学生既能够得到学习的满足感又能更加深入地投入到学习中，教师通过虚拟仿真技术的应用也能够将难解的理论知识通过图形展示、实践操作，逐步展示给学生，解决学生知识难消化的难题。

3.2 探究式小组学习

新时代背景下教师不仅要注重学生的理论知识教学，还要对锻炼学生的实践能力，探究式的小组学习，能有效地提升学生的创新实践能力。单个学生对于问题的思考总是有局限性，而多个学生组成学习小组，共同探究问题的解决方法，能够有效地进行创新思维培养，尤其是在电子技术课程中，大部分的知识都需要学生通过实践来验证。例如在模拟电子线路教学中有“三种基本的放大电路分析”的教学内容，教师可以把学生分成三个小组，分别仿真出三种放大电路的输出波形，教师引导学生根据仿真出来的结果对三种组态电路特点进行比较，总结每种电路的优缺点，然后教师提出问题：怎样利用三种基本放大电路构成多级放大电路来改善电路的性能？这样通过对问题探讨的层层深入及师生及学生之间的互动，能够让学生对所学知识的理解更加深刻。

3.3 虚拟仿真实验在电子技术教学中的应用举例

振荡电路是电子线路教学中的重点也是难点，要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的fo，且在合闸通电时对于f=fo信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。利用仿真电路图能够很好地模拟从起振到稳福的过程。

虚拟仿真电子技术篇3

【关键词】Multisim　虚拟仿真　模拟电子技术　电子设计　辅助教学

一、引言

模拟电子技术是高等职业院校电类相关专业的一门应用性较强的专业基础课，该课程主要是培养学生在模电方面的基本应用能力，培养其解决、分析与模拟电子技术相关的问题的能力。在以往的教学模式中，理论与实践脱节现象严重，知识点抽象不够直观，学生难以理解吸收，打击了学生学习电子技术的学习积极性。随着计算机仿真技术的发展，在课堂和实践教学中充分利用计算机仿真平台将模拟电子技术中枯燥抽象的理论分析以仿真动画、波形、指示灯等形式直观、生动的表现出来，使模拟电子技术课程的教学内容更加易于吸收。课堂教学不仅仅停留在理论分析，而是与实践紧密结合在一起，丰富了教学内容，帮助学生更好的掌握所学的知识点，激发学生的学习兴趣和自主学习积极性，提高了教学效果。

二、Multisim简介

Multisim是美国NI（National Instruments）公司开发的仿真软件，经过多次更新换代，现在已经在使用Multisim11版本。此软件主要是在PC平台上构成一个利用图形操作界面对一个与实际情况非常类似的电路实验进行虚拟仿真的工作台，它几乎能够仿真在实验室内所进行的大部份的电子电路实验，因此在电子电路分析、设计、仿真等项工作中已被广泛地应用，是目前世界上最受欢迎的EDA软件之一，已被广泛应用于国内外的教育界和电子技术界。

三、Multisim在差分放大电路教学中的应用

（一）过程分析

差分放大电路又名差动放大电路，是集成运算放大器中重要的基本单元电路，广泛地应用于多级直接耦合放大电路的输入级，主要用于拟制“温漂”等“零点漂移”现象，这是差分放大电路的突出优点，而往常的教学中该知识点总是较为抽象且难以理解。而利用“Multisim 仿真手段”，让学生通过温度扫瞄仪和示波器等仿真仪器对比观察共发射级放大电路、差分放大电路仿真测量和温度扫描仿真分析的结果，可简单、形象地检测放大电路的“温漂”（“零点漂移”）特性。通过调节各元件的参数或调整电路结构，观测即时变化的波形和图表，学生可以轻松对比出传统共射放大实验电路和带恒流源的差分放大电路的在不同温度情况下的性能指标。

（二）模型搭建及电路仿真

1. 传统共射放大实验电路的温度扫描分析

在Multisim11仿真平台中，搭建如图1（a）所示共射放大实验电路。单击Multisim11 “仿真分析菜单”中的“温度扫描分析”按钮。在弹出的窗口设置栏中将相关参数设置好，如图1（b）所示。单击“仿真”按钮开始仿真，得到如图1（c）所示共发射级放大电路的温扫分析特性曲线图及相关参数值。

通过观测图1（c）的曲线图及所得数值表，可以看出：首先图1（a）所示实验电路的输出电压负温度系数变化现象明显；然后当测试温度从初始值最终上升到110°C时，此时产生的输出电压最大偏差是DVo=（636.1505-567.4128）mV=68.7377mV，变化了大约10.78%。

2.对改进后的差动放大电路进行温度扫描分析

为了增加以上两种电路的对比性，采用了相同的三极管组成的并按单端输出、单端输入接法的有恒流源（输出交流电阻相当于发射极电阻Re）的差分放大实验电路，且信号源、负载等电路参数都相同，如图2（a）所示。在Multisim11仿真平台中新建文件，按图2（a）所示在平台中构建好新的线路，同时对示波器参数调整，最后开启仿真按钮，得到新的测量波形图，如图2（b）所示。通过理论教学可得，在差分放大电路、特别是单端输出接法的差分放大电路中，可以通过增大发射极电阻Re的阻值，来达到有效抑制任一边电路的温漂，并使得共模抑制比提高。

所以这种以工作在放大内的三极管所组成的恒流源来代替差分电路中的射极电阻Re和集电极电阻Rc的手段在各类集成运放电路中被广泛运用。既使得射极电阻Re的增大了阻值，使集成电路中难以得到大电阻及高电压的问题得到克服，又能够将KCMR（共模抑制比）增加了1~2个级别。

再次进行温度分析扫描。在弹出的窗口对话栏中设置线性的扫描方式；将扫描点数设为两点；设置好分析的起点温度26°C；以及终点温度110°C；调整好瞬态分析类型；然后调节起始点时间值为0Sec，终点时间值改为0.001Sec，也就是信号周期；接着在“输出”项目中将待分析的输出节点设置为节点V；单击仿真开始按钮，随即得到如图3所示此改进电路的温度分析扫描特性曲线图及所得参数值。从图3所示的温度分析扫描特性曲线图及参数列表中可以观测到，当温度从起点26°C上升到终点110°C时，图2（a）所示带恒流源的差分放大电路节点V[6]产生的输出电压最大偏差为：DVo=（5.5103-5.47144）V=0.03886V高温110°C时的输出电压最大值比低温26°C时的输出电压最大值仅仅降低了约0.71%。

3. 对比、剖析、讨论

由图1所示共射放大电路的温度扫描仿真分析及图2所示差分放大电路的仿真测量和图4所示温度扫描仿真分析的结果可知：

（1）Multisim的温度分析扫描能够非常直观地检测放大电路的零点漂移特性。

（2）单端输出接法的差动放大电路的KCMR较双端输出接法的差动放大电路要低；双端输出接法的差动放大电路的电压放大倍数是相应单端输出接法的差动放大电路的电压放大倍数的两倍。

（3）无论是普通放大电路还是差动放大电路，其输出电压都是按负温度系数规律变化的。

四、结论

通过运用Multisim仿真平台，帮助我们缓解了因资金不足导致设备耗材等受限这些因素的限制，使得许多不能进行实物讲解的实验得以通过仿真直观再现，还可进行各种目的不同的训练，使学生的自主分析、设计和应用能力得到培养，高效且低成本。在模电教学过程中，使用Multisim仿真对抽象的理论教学起到了推波助澜的作用，使模电课程的理论与实践完美融合在一起，极大的丰富模拟电子技术的教学内容，并在后继课程的中也有很好的延伸性。

参考文献：

虚拟仿真电子技术篇4

关键词：虚拟仿真；电子类实验教学；应用

TP391.9；TN0-4；G642

一、虚拟仿真技术的概念与优势

虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用主要有两种方面：虚拟仪器技术和仿真。最早虚拟仪器这个概念是由美国仪器公司提出的，其主要含义就是“软件就是仪器”通过对应的软件来实现仪器的主要功能。在使用过程中利用LabvIEW编写虚拟的仪器面板，将各种数据信息采集设备和软件的仿真平台搭建出一个不同的仿真系统。仿真则是利用模型进行实验，对电路环境与电路过程中进行模拟，得到真正实验的全过程。虚拟仿真技术的核心内容就是将虚拟与实际结合，从而达到最佳的实验教学效果。同时，在虚拟仿真技术在使用过程中有以下几种优势

（一）节约成本

在传统的教学模式创新中需要不断的增加各种教学仪器设备，增加教学成本，而且要想进行实验只能在实验室进行。虚拟仿真技术的出现更好的解决了这些问题，在教学过程中只需要具备仿真软件计算机就能在任意地点进行实验，方便教师教学。

（二）理论与实际结合，激发学生兴趣

虚拟仿真技术可以将虚拟与实现结合，学生在接受新知识时还锻炼了学生的动手实践能力。将实验教学内容以更直观的形象展现出来，激发学生的学习兴趣，提高学习效率。

（三）实验平台的统一性和可恢复性

在使用虚拟仿真技术时，可以将多门课程实验进行统一，并为学生提供一个设计、原型、科学、的应用平台，这样不会丢失原有的实验信息，还会完成从原型设计到系统部署之前所有工作，从而将虚拟教学内容与实际教学实验的理论、知识更好的结合起来。

（四）教学内容的灵活性与创新性

虚拟仿真技术不同于其他试验箱数量固定的实验内容，在使用其技术时还会根据不同的需求搭建出一个不同的实验电路，让学生更直观的了解教学内容，同时还有利于教师开展一些综合性与设计性的教学实验，从而培养学生的创新能力。

二、虚拟仿真技术在电子类实验教学中的应用

随着电子技术快速发展以及教学内容不断的更新，传统的实验教学模式已经跟不上社会的发展，其中还存在着一些不足，虚拟仿真技术的出现将实验教学进行全新的完善，激发学生的学习兴趣，提高学生学习效率。电子电路课程是电子类专业必修课程，其中包括了：电路分析、模拟器电子技术、数字电子技术。在这三门课程中虚拟电子技术被学生们认为是一个难度最大，理论性较强的的一门课程。一般来讲，虚拟电子技术是与教学理念同步，有时也会落后于教学课堂。在传统的实验教学过程中，学生对实验的电路理论不够了解，对实验中可能出现的问题还没有特别清楚，因此，对于多数学生来说，在实验过程中一旦出现问题找不到任何的突破点，从而降低学习兴趣。在虚拟仿真技术中以二阶段有源低通滤波器为主的教学实验可以帮助学生加深对知识的了解，锻炼学生的动手动脑能力。

（一）二阶有源滤波器的仿真实验

在虚拟仿真技术中，常用的仿真软件有：Multisim、Pspice、Proteus等。在此，本文对Multisim在虚拟仿真技术中的使用以二阶有源滤波器电路进行了仿真。该技术操作简单容易上手，它在使用过程中具有非常多的元器件、虚拟仪器，它的功能强大，在使用过程中还为学生提供专用的万能表、示波器等常用仪表设备，而且还为学生提供了虚拟仿真技术的网络分析仪、频谱分析仪等仪器设备。二阶有源滤波器在教学过程中具有仿真的电路图，只需要在使用时输入信号频率和幅度，就可以通过滤波器的示波器进行观察，并让学生做出总结。同时，在使用时还可以利用波特图测试仪，设定使用频率的反问，保证学生可以更加直观的观看到二阶有源低通滤波器的频率响应线，学生在上课过程中就可以通过幅频特性曲线找到滤波器的频率。这样，学生就可以搭建出一个更为实际的电路，进行实验，从而总结出自己所得结果，并于教师交流。

（二）二阶有源滤波器的实际电路测试

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电子仿真技术是一种包含了Edison仿真软件、PSPICE仿真软件、电路图编辑器、电路原理图编辑程序、图形后处理程序、电路的文本文件等部分的综合性软件。电子仿真技术的应用必须在结合信息技术、系统理论作为引导的前提下，利用计算机或其他专门工具来使其功能得到使用，通过对电子仿真软件的电路进行相关设计，可以很好的提高电工的电子设计和开发能力。社会经济的发展使电子计算机技术应用到了社会生产生活的各个方面中，其在电工维修方面的应用，有效的解决了各种其中问题，并优化和完善了各种电工维修技术，促进了电工事业的发展。电子仿真技术一般是通过调查分析实际情况，来获得实际参数，再利用电子计算机或其它专门工具，模拟出实际情况来方便维修人员操作的工作流程，它能有效的调动工作人员的积极性，提高使用者的动手能力。

2电子仿真技术在电工维修中的应用

2.1电子仿真软件网络虚拟实验室的应用

通过借助一些新兴的技术，如多媒体技术、电子仿真技术、显示虚拟技术等，来实现电工维修工作者的实际软硬件的工作环境，这就是虚拟实验室。虚拟实验室是目前虚拟技术在电工维修领域上的应用表现。电子仿真软件网络虚拟实验室目前主要分为两种，一种是直接操作远程试验形式的网络虚拟实验室，另外一种是软件仿真形式的网络虚拟实验室。前者是对真实的实验设备进行控制的一种仿真技术，它主要是利用相关的电子仿真软件，对接收的来自客户端的故障问题和参数设置进行分析，然后将得到的解决方案和新的参数设置再通过实验室传送给客户端，使用这种方式能有效的提高工作效率并节省资源。后者是完全依托在仿真软件基础上的，使用仿真软件为电工维修人员创造虚拟实验室，提供虚拟的工作环境供其学习和进行电路设计，使用这种方式解决了实践过程中出现的操作失误而导致的资源浪费问题。不过目前虚拟网络实验室研究的重点为直接操作远程试验的网络虚拟实验室技术，因其能利用有限的资源提高电工维修人员的工作效率，电工维修人员能同时进行对实际的实验设备的参数调整和观看真实的运行过程及输出结果这两项活动。

2.2电子仿真软件electronicsworkbench的应用

在电工维修中，最常见的一项工作就是电路连接，而这项工作也是最容易出现问题的环节。利用electronicsworkbench软件进行电路设计，具有提升电工维修工作者电子设计、开发能力和节约成本的优点。使用电子仿真软件electronicsworkbench设计电路时，在实际工作中，首先进行的是搭建电路，具体操作为寻找电路中的各个元件，然后将各个元件进行连接并设定相应的参数，最后运用示波器观察各个点的输出波形结果。采用这种电子仿真软件，即使是对于那些接触示波器较少的使用者，在使用真正的示波器时，也不会因为陌生或紧张的情绪而损坏示波器，这样就不会浪费电工维修者的时间，同时也节约了成本。electronicsworkbench电子仿真软件的示波器和真实的示波器外观相似，电工维修人员在熟悉了电子仿真软件的示波器后，便能很快的上手真实的示波器，有效的避免了人为因素造成的设备损坏和时间浪费等问题，既节约了成本，又锻炼了电工维修人员的设计和开发能力，还能培养其创新精神。

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关键词： Multisim 虚拟实验 真实实验

1.引言

Multisim应用于电路分析课堂教学，使抽象的概念变得具体，使枯燥的内容变得生动，加深了学生对理论知识的理解掌握。从课堂教学效果来看，既能活跃课堂气氛，又能调动学生的学习积极性，激发学生的学习兴趣。学生可以利用仿真软件进行电路仿真、电路设计，利用虚拟仪器测量验证，拓宽知识面。仿真技术引入课堂，使理论与实践得到统一。通过Multisim虚拟仿真软件，学生可利用电脑进行电路仿真及仿真分析，检验电路设计方案在功能方面的正确性和可行性，以达到熟悉电路、掌握工作原理和进行实验创新的目的，为高效率地实验打好基础。应当注意的是仿真实验教学是一种现代化的教学手段，不能代替实际操作，否则会削弱学生对真实仪器的感觉，影响实验技能的掌握。所以，仿真实验必须与传统实验教学相结合才能发挥其应有的作用。

2.电子技术课程虚拟和实际实验教学的对比

传统的电子技术实验方法是：学生在实验室根据给定的电路图和元器件搭建实验电路，甚至部分实验使用了现成的电路板，用仪器测量数据得出结论。在实际实验之前，学生要根据实验目的设计实验步骤，在实验过程中则要一边动手做实验一边仔细观察实验现象（包括借助于实验仪器来观察）、记录实验数据，并通过分析实验现象进行推理并最终得出实验结论。相对于真实实验，虚拟实验是基于虚拟现实技术实现的，在虚拟实验系统中，实验设备和实验仪器虚拟化，实验现象和实验过程虚拟化，学生在虚拟实验中通过操作鼠标、键盘及与计算机相连接的各种多媒体数据输入设备进行点击或拖放等动作，从而实现对虚拟设备的操作，完成对虚拟实验的体验。学生从虚拟实验中得到的是一种虚拟的体验，这是一种抽象的体验。在电子技术实验教学中，虚拟实验采用MultiSim1.0软件设计与仿真，即在计算机上设计搭建电子电路，并修改电路及其元件参数，用虚拟仪器测试电路性能并分析原因，完成电子电路的设计定型。仿真通过后，在实验室采用硬件电路实现，并将虚拟实验的结果与硬件实验的结果进行对照分析，通过实际电子电路的设计过程，培养学生的综合分析能力和开发创新能力。通过MultiSim1.0仿真，不仅可以减少实验耗材的消耗，避免实验设备或仪器的损坏，还可以解决实验室高档仪器和元器件不足的问题，具有较强的灵活性。如果学生没有一定的知识和经验，特别是亲身体验作为基础，那么这种虚拟和抽象就不符合学生的认知发展规律，对学生学习经验的获取和意义的建构不仅不具有积极的作用，反而因过于抽象或虚拟而起阻碍作用。

3.虚拟和实际实验的互补作用

虚拟实验是根据教学模型建立的是理想化，虚拟实验包括虚拟元件和虚拟仪器两部分。在虚拟实验中会有一些因素影响其实验数据和结论，只有虚实结合才能正确分析实验结论，而虚拟实验虽能简化实验过程，提高实验的效率和安全性，但不能锻炼学生的动手能力。

（1）目前的虚拟实验系统是实验只能按照固定的、正确的操作流程或方法进行，否则实验不能得到正确的结果，这个结果是机械的，是由程序本身决定的，而不是真实情况的反映。因为程序开发人员是严格按照实验步骤和实验现象进行设计和开发的，可以说一个实验只有一个结果，实验中，不允许学生操作错误或者对实验进行一些改变，这样不利于培养学生从操作失误中发现问题和解决问题的能力，限制了学生的发散思维和创造性思维的发展。

（2）虚拟元件的阻抗通常是默认的，但有些值也可以设置，实际元件每个阻抗可能都不相同，如设置阻抗参数就和操作人员的实际经验有密切的关系，经验越丰富，设置的参数就越接近实际情况，用默认值可能就会有与实际实验不同的数据和结论。

（3）在真实条件下做实验也会因仪器的精度、操作的方法、量程的选择、实现的方法有不同的结果，这本身就是不可避免的误差产生的因素。虚拟实验的理想化和真实实验的具体情况本身就有一定的差异，在必然和理想条件下的实验数据和结果存在误差。

（4）虚拟元件中不可能存在真实实验中的一些情况。如导线会存在的分布电容、电感、电阻，对虚拟实验的结果会有一定的影响。

（5）虚拟实验在一些演示性和验证性类型的实验中发挥了较好的作用，但是在实际操作性强的实验中，则降低了学生的动手操作能力。比如，电子技术很多实验中，需要实验者根据不同的实验条件使用不同的导线连接实验线路。在虚拟实验中，只要点击相应的按钮就可以把导线连接到仪器上，学生根本体会不出不同方法所用的导线及导线连接方法有何不同，不能锻炼实际动手能力。

要使虚拟实验和实际实验的数据和结论接近，关键在于虚拟实验系统在建立虚拟仪器和元件库时，要考虑实际的环境和结论后，设置一些指标和参数，同时也要使真实实验的条件向理想情况趋近，如保证理想的室内温度，考虑参数的分散性等，这样才能使虚拟实验的数据和结果仿真到实际实验的数据和结果。电子技术虚拟实验，增强了实验课的教学效果。虚拟实验不受时间及空间的限制，学生可以自主地完成实验，具有良好的发展前景。但虚拟实验的实现是一项复杂的工作，还有许多理论和技术问题有待进一步探讨，因此，在现有条件下，虚拟实验是不可能完全代替实物实验的。在实物实验过程中，元件参数分散性、误差、噪声等现象是客观存在的，对于培养学生的和创造性思维是至关重要的，也要引起足够的重视。只有先理论后实践，先做真实实验后做虚拟实验，或先做虚拟实验后做真实实验，才能使二者有效结合，相互依存，使电子技术实验更完善。

参考文献：

[1]秦曾煌.电工学[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2]李奋荣.浅析虚拟电子技术实验的教学优势[J].2009年5月内蒙古师范大学学报（教育科学版），2009，VOL22（5）.

[3]黄依珍.谈谈虚拟实验在课程教学中应用[J].装备制造技术，2011（3）.

虚拟仿真电子技术篇7

关键词：仿真 EWB V5.12 MULTISIM 10 虚拟实验室

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）11-0213-02

提到贝尔实验室，相信所有学工科的人都会听说过。第一个电话是从贝尔实验室打出的。结型晶体管是由肖克利博士在贝尔实验室研制成功的，此类消息不胜枚举。自1925年以来，贝尔实验室共获得两万五千多项专利。现在，平均每个工作日获得三项专利。所有这些业绩的取得充分说明了一个问题：实验室是发明创新的诞生地，实验室的作用绝对不可低估。高等院校的实验室是开设实验、开展科学研究、培育创新能力、提高综合素质的重要基地；是孵化高水平研究成果、服务经济建设的主要场所。高校的实验室是培养创新精神和实践动手能力最直接、最关键一环，其优势在于使实验人员把所学的理论和实践相结合.着力培养其创新精神和知识运用能力。它既有知识传承，又有动手实践。既遵循人的认知规律，又让他们在科学实验中亲身发现和认识科学理论，并检验所学理论知识。在当今数字化、信息化时代，如果不动手、不会动手，将一事无成。而敢动手、会动手的实践能力，正是在实验室中培养出来的[1]。实验室是隐性知识储量最多、资源最丰富和集中的部门，也是能够代表和反映学校科研水平、学术水平的重要部门[2]。从高校隐性知识的概念出发，高校实验室的建设对于提升高校的核心竞争力和声誉无疑具有重要的现实意义。

尽管近年来国家不断投入资金到实验室建设，但是我们应当清醒的看到现阶段我国实验室建设从整体上看依然是低水平的、不全面的、不均衡的。实验的普及程度依然不高，面临的任务十分艰巨。这个问题的解决是一个漫长的过程。这个问题能否通过软件仿真来解决呢？

这是一个仿真软件满天飞的时代，几乎各个领域都有自己的仿真软件，比如电工电子类的有EWB V5.12，MULTISIM 10，化工类的有ChemLab。这些仿真软件只所以能存在，一方面在于这些软件本身就是各领域的专家跟程序员或者一些软件公司合作的结果，有一定的可信度。另一方面在于仿真有它的积极意义。比如对于一些危险大、费用高、耗时长的实验，在计算机上“做实验”是一种十分理想的方法。所以仿真软件得到大家的认可和使用。它能为实验人员的学习创造一种自主、开放式的氛围，为实验人员搭建现代化设计技术的平台，从而更容易激发实验者的技术创新欲望，大力开发其手和脑的潜能，进一步培养其综合分析问题的能力和开发创新的能力[3]。但是仿真并不是万能的。值得大家注意的是这样一个事实：仿真软件也是一个软件，当一个软件做得比较大的时候就不可避免的出现这样或者那样的Bug。举个有目共睹的例子：微软作为著名的操作系统厂商，不也经常操作系统的补丁吗？所以当仿真的结果与理论不符，或者仿真的结果与实践不符的时候，就需要考虑一下到底是理论有问题还是仿真软件本身的问题。关于仿真软件本身不完备这个问题，《浅谈电工电子学仿真软件弊端》一文以电工学仿真软件EWB V5.12，MULTISIM 10为例给出了详细说明[4]。仿真的时候之所以会出现这样或者那样的问题，原因之一就在于，非线性仿真模型的参数不论怎么设置都不可能跟真实的器件完全吻合。比如说，在基本共射放大电路中当温度变化时晶体管的电流放大倍数会发生变化，即便在电路结构上采取了抵制温漂的措施，电路的放大仍然会出现失真，这一点在仿真上是不容易观察到的。

在上面的程序中每隔4us灯的状态就会翻转一次。在仿真的过程中会明显看到发光二极管一亮一灭。但是在使用单片机开发板来测试的时候看到发光二极管是一直亮着的，原因就在于人眼的视觉暂留特性。所以当需要点亮一个发光二极管的时候是不需要一直给它供电的。这也是用发光二极管作为电器设备工作状态指示灯的原因。在这一点上仿真结果与实践不相符合的。所以用仿真来检验设计工作的正确与否也只是某种程度上的检测。一种设计是否正确，归根结底还是要靠实验来检验。

除了上述用仿真软件来代替实验的，还有另外一种情况：利用某些软件编程创建虚拟实验室来代替真实的实验室。基于上述思想的有以下种情况：（1）：采用电子工作台（EWB）和计算机网络来实现虚拟电工技术实验室，完成电工技术仿真实验。应用组件技术、编程语言 VB和 Access数据库构建了实验室管理系统[5]。采用这种方式建立的虚拟实验室底层仍然是EWB，只要EWB软件存在不足，仿真的效果就不会好，不幸的是EWB仿真的效果是不尽人意的。（2）在LABVlEW基础上，利用SSH架构搭建远程虚拟实验室。在实验过程中，只需通过访问WEB服务器来做相关实验[6]。用户可用数据采集卡采集数据，然后将数据发到远程服务器上的虚拟仪器，通过网络下载处理的结果。这种利用LABVIEW来制作虚拟仪器的方法是可行的，而且是值得大力推广的，它为虚拟实验指明了方向，而且比时下流行的电工电子学仿真软件前进了一步，不足之处就在于它只提供仪器，不提供元器件。（3）以计算机网络为核心，将虚拟仪器通过网络连接起来，以实现数据采集，分析，远程操作[7]。如果实验者能通过网络操作硬件的话，比如说修改一下电路的接线。如果能做到这一点的话，这种方法无疑有着巨大的开发价值。（4）使用虚拟现实技术创建虚拟实验室[8]。虚拟现实技术有高度的沉浸感 可信度和交互性。它的目标就是要让使用者相信，他或她正处在计算机所生成的环境中，而不是一个外部观察者。虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境，使得实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目。以这种方式来开展虚拟实验的前景最诱人的，当然了它前面要走的路可能也是最长的。

综上：高校实验室的建设是一个漫长的过程，其发展可能不会一帆风顺，随着计算机技术和网络技术及虚拟现实技术的发展，实验室的建设可能会发生质的变化，尽管前面要走的路可能会很长。

参考文献

[1]关于构建高校实验室开放共享平台体系的研究，《中国轻工教育》，王帆，刘雁红，原凤英，张千千，张炜，2010.3.

[2]浅谈高校实验室成为隐性知识的转化与传播，《实验室科学》，高智琛，第15卷第6期，2012年12月.

[3]电子仿真软件在教学中运用的意义，《安徽电子信息职业技术学院学报》，曹光跃，2006 年第 2 期，第 5 卷 2006年4月.

[4]浅谈电工电子学仿真软件弊端，《数字技术与应用》，郭维家，李书杰，高赫鑫，赵伟，第10期，2013年10月.

[5]基于网络和 EWB技术开发电工学仿真实验室，2011 Academic and Teaching Seminar on Electronic Information Sciences of Higher Vocational Education （2011SEHVE）， 覃如贤，2011.

[6]LabVIEW下远程虚拟实验室的研究与实现，《太原理工大学学报》，李海芳，张民，陈俊杰，陈文彬，第41卷第2期，2010年3月.

虚拟仿真电子技术篇8

关键词：虚拟技术 EDA VM

中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）08-0042-02

随着计算机技术的快速发展，虚拟技术已发展到相对成熟的阶段，虚拟技术已经广泛深入生活，在教学、科研、卫生、军事等领域均有着十分重要的意义，成为人类生存和社会发展的新环境。

1 虚拟技术的概念

虚拟技术是一个很广义的概念，我国著名院士汪成为教授把虚拟技术看作人类认识世界的帮手，认为虚拟技术是“在计算机软硬件及各种传感器（如高性能计算机、图形图像生成系统，以及特制服装、特制手套、特别眼镜等）的支持下生成一个逼真的、三维的，具有一定的视、听、触、嗅等感知能力的环境，使用户在这些软硬件设备的支持下，能以简捷、自然的方法与这一由计算机所生成的‘虚拟’的世界中对象进行交互作用。它是现代高性能计算机系统、人工智能、计算机图形学、人机接口、立体影像、立体声响、测童控制、模拟仿真等技术综合集成的成果。目的是建立起一个更为和谐的人工环境”[1]。

而从工程角度定义的话，虚拟技术可看作为通过使用下列一个或几个概念或方法：硬件和软件分区，分时，部分或全部的硬件仿真、模拟，提供服务质量（QoS）等，把计算机资源分成多个执行环境的系统框架和方法论[2]。

上世纪60年代末期，IBM在其7044机上首次实现虚拟技术（IBM M44/44X Project）[3]。计算机技术的快速发展，使得虚拟技术成为重要的研究手段广泛应用于各学科领域的研究与实践中。随着电子技术与计算机技术交叉、综合的程度越来越高，在以物联网络和嵌入式系统为技术发展方向的现代电子技术中，虚拟技术的应用越来越广泛。

2 虚拟技术在电子技术中的应用

电子技术中，虚拟技术的应用可概括为三个方向：一是集成了大量虚拟仪器的软件包的应用，通常称之为EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）技术；二是虚拟硬件技术，即借助于图形图像、仿真和虚拟现实等一切可用的技术，在计算机上虚拟出一个与实际硬件功能相近，且操作方法和实验现象也相近的虚拟实验环境；三是VM（Virtual Machine，虚拟机）技术的应用，比如VMware虚拟机等。

2.1 EDA技术的应用

EDA技术是在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。利用EDA工具，电子设计师从概念、算法、协议开始设计电子系统，从电路设计、性能分析直到IC版图或PCB版图生成的全过程均可在计算机上自动完成。

作为现代电子系统设计的主导技术，EDA具有两个明显特征：即并行工程（Concurrent Engineering）设计和自顶向下（Top-down）设计。其基本思想是从系统总体要求出发，分为行为描述（Behaviour Description）、寄存器传输级（RTL，Register Transfer Level）描述、逻辑综合（Logic Synthesis）三个层次，将设计内容逐步细化，最后完成整体设计，与传统设计方法比较，这是一种全新的设计思想与设计理念。

EDA软件包在电子技术的虚拟实验教学方面体现出了巨大的优势，最重要的是由于其提供了种类齐全、功能强大、界面真实、设置方式真实的虚拟仪器，诸如万用表，示波器，频率计，LED显示等，一些软件诸如NI公司的Multisim，还包括有安捷伦示波器，安捷伦万用表，安捷伦信号发生器，泰克示波器等实际产品的虚拟界面，其操作界面和操作方式完全与实际器件一样。这些虚拟仪器的使用，较大程度增加了学生在虚拟实验过程中的真实感。

目前，EDA技术更多地指数字集成电路的设计自动化，模拟电路以及混合电路设计自动化的发展尚不够成熟。尤其是射频电路设计，因为要涉及到复杂的数学理论，导致其分析过程更加复杂，所以尚没有成熟的设计自动化软件。

2.2 虚拟硬件技术的应用

虚拟硬件技术在电子技术中的应用，则主要体现为虚拟实验室的建设。虚拟实验室的建设目前主要有纯软件仿真形式、可直接操作远程实验室实验过程的虚拟实验室两种形式。

2.2.1 纯软件仿真形式的虚拟实验室

纯软件仿真形式的虚拟实验室是利用仿真软件来模拟实验的全过程，不涉及具体的实验硬件设备，如图1所示。

与单机版的仿真软件相比，这类实验室采用C/S模式，在其服务器上设计并存储进行实验的仿真代码，用户只需在客户端的实验操作界面上操作，即可实时地发送参数信息、接收仿真结果数据。这类虚拟实验室因其实验界面与仿真算法独立，易于设计与实现，方便操作，成为当今虚拟实验室的主流。

2.2.2 直接操作远程实验室实验过程的虚拟实验室

这种虚拟实验室是通过客户端操作直接控制远程实验室的实验设备运行，获取真实实验数据，架构如图2所示。

这类实验通常具有视频和音频反馈，使用者通过计算机可以实时地观察实验地运行，也可以调整实验相应的参数，从而远程操控实验室的实验过程。此类实验形式不但有效地利用了有限的实验室资源，而且具有很好的实验效果，成为解决远程教育中实验设备紧缺、实验效果难以保证等问题的一种很好的方法，是目前虚拟实验室研究开发的一个主流方向[4]。

2.3 VM技术的应用

VM技术，是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。

利用VM技术，能够在一台真实的计算机上虚拟出多台计算机，还可以同时运行两个或更多的操作系统，比如运行DOS、各个版本的Windows、各个版本的Linux、BeOS、Mac OS等等。虚拟机具有跨平台性，装载在硬件平台上的虚拟机，它和宿主机好像是连接在同一个网络中一样。用户通过虚拟机提供的标准接口访问异构资源，而标准接口的具体实现由各异构资源提供者负责落实，因此用户感觉不到请求资源的异构性。Java VM和PVM是比较成功的采用虚拟机技术实现跨平台、屏蔽异构性的典型例子[5]。

随着物联网络和嵌入式系统的快速发展，现代电子技术已经进入了物物互联的时代。而在物联网络和嵌入式系统中，无处不存在资源异构的问题，如硬件平台的异构，基础操作系统的异构，数据库的异构，通信网络的异构，以及应用程序的异构等等[5]。

这些异构的问题，使得VM技术被广泛应用于物联网络和嵌入式系统中。它可利用如JVM技术将不同平台、不同接口标准，不同通信网络协议之间的异构性进行屏蔽[5]，使得物物互联成为现实。

在电子技术的应用中，当前应用最为广泛的虚拟机软件主要是VMware公司免费提供给用户的VMware Player，该公司还有VMware Workstation等丰富的虚拟化产品[6]。其他还有诸如微软的Virtual Box和Virtual PC，以及由我国自己设计的VMlite，它们都能在Windows系统上虚拟出多个计算机。

3 虚拟技术对电子技术发展的重要意义

近几年来，虚拟技术在我国的应用研究和发展都十分迅速，结合虚拟技术在电子技术三个方向的应用，其重要意义可概述为以下几个方面：

第一，虚拟技术给电子技术的工程实践带来了革命性的变革。

传统电子系统的设计方法，主要基于自底向上的设计思想，设计人员必须利用底层功能模块的组装，才能构成较复杂系统的设计，系统调试难度高，设计效率低，设计周期较长。但EDA技术的出现，特别是自顶向下的设计思想，极大的提高了电子系统设计的效率，缩短了设计周期，使得电子设计进入了一个全新的时代。

第二，虚拟技术给电子技术教学带来了革命性的变革。

传统电子技术的教学是理论教学和实验教学分开进行的，由于电子技术的实践性强，人为地把完整的教学过程分离成了两个环节，极大地破坏了教学完整性。而EDA软件或虚拟实验系统，通过计算机把教学内容、实验设备、教师指导、学生操作等有机地融合为一体，还原了一个完整的课堂，提高了教学的有效性。

第三，虚拟技术给电子技术的应用解决了实际问题。

随着物联网和嵌入式系统的发展，传统电子技术的发展受到了很大程度上的制约，一些诸如通信协议异构、数据格式异构等问题，给电子技术设计人员带来了极大的困扰。而虚拟技术的出现，给电子技术解决上述困难提供了最为有利的帮助，使得电子设计人员更为专注电子技术本身的功能实现。

参考文献

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[4]潘新民.计算机通信技术[M].北京：电子工业出版社，2002.

虚拟仿真电子技术篇9

Abstract: As a new technology for education and training, the internet-based interactive virtual reality technology compresses the scenes and image of objects through a series of the latest means, and transfers them to the network in the limited bandwidth, and builds a realistic 3D substation training scenes. Substation virtual training system has good prospects, and it can effectively save training costs, reduced risk of training, and will transmit the information to the broadest population with fastest speed, so it is bound to bring huge economic benefits to enterprises and society. Therefore the research on the substation training system based on virtual reality simulation is of great value.

关键词： 虚拟现实；变电站；仿真培训；系统建模

Key words: virtual reality；substation；simulation training；system modeling

中图分类号：TM7文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）18-0054-02

1研究背景

由于在变电站运行人员的岗位培训中既不能在运行着的系统或设备上进行实际操作实验，也不允许人为地设置事故让学员观察处理，这就使得学员难以在变电站的正常操作及事故处理中得到充分锻炼。因此，建立一个与实际变电站运行状况相似的仿真培训系统是十分必要的。

2基于VR技术变电站仿真培训系统结构

变电站仿真培训系统的结构如图1所示，它主要包括以下几个模块；①相对于用户而言，虚拟变电站是可见的，用户能够直接在当中进行不同操作的模拟；②电力系统仿真可以对某些情况，例如变电站的常规运行等进行仿真，同时持续地输出电流和电压信号。在仿真模型的建立过程中，我们注意到变电站操作机构、继电保护、一次设备、交直流系统、综合自动化系统以及自动装置的详细模型；③“电力系统仿真”模块输出的信号被信号处理进行处理之后把其送进“输入判断”模块；④输入判断按照处理后的信号判断这时虚拟设备的情况产生变化与否，同时把此变化及时地反映到虚拟变电站；⑤输出判断第一要对拟变电站的网络拓扑结构产生变化与否进行判断，然后按照产生的变化对“电力系统仿真”模块的计算条件进行改变；⑥用户交互用户通过此模块同虚拟变电站交互，同时对变电站的操作进行模拟。

3虚拟系统设计

系统建模。VR建模应使虚拟设备及其运用过程更加逼真，故要考虑三个方面：①几何建模。也就是虚拟设备应体现出真实设备表面的几何特征，在具体建模的过程中，通常依据早已明确的“物体-部件-面-点”的接点结构，同时对每个节点进行建模，最后完成所有系统的建模。在变电站的背景模型上，例如树木、墙面等能够使用纹理贴图，基于对虚拟世界真实感的保留，还可以大大地降低节点数目。②物理建模。也就是应建立有关的数学模型同时在几何模型中按照物理模型明确对象硬顶要具有的特别属性。③行为模型。也就是虚拟设备应可以真正地体现出实际设备的行为以及运转，同时同特定的客观规律相一致。其实现方式通常是采用外部传感器以及外部接口相连接。

4虚拟变电站与仿真培训系统结合方法

变电站仿真培训系统要按照变电站运行者平时的工作进行设计，模拟仿真变电站的运行工况，旨在培训更逼真。以网络为基础的三维造型语言中的主流是VRML，能够给予动画和三维以及交互作用，然而其在具有精确计算并要求复杂的领域在描述能力和计算能力方面就显得相对很弱。所以，为达到后台仿真和模拟目的，应使用相对强的数据处理能力的语言。该部分已建立变电站仿真培训系统，并模拟和仿真变电站系统。通过VRML达到虚拟变电站的建模与接口的定义。采用Javascript_以及Java语言编写脚本来拓展VRML的功能，同时为完成更多的交互以及高级应用，应采用同仿真培训系统的连接方式。图2为虚拟变电站与仿真培训系统结构的总体框架，VRML讲叙你变电站中节点的状态输入Java程序，控制仿真培训系统的运行；控制变量控制仿真培训系统并模拟系统的运行状态，再将仿真数据输出到Java程序中，控制虚拟变电站其它节点状态的变化。

5虚拟变电站仿真与培训系统实现

虚拟变电站与变电站仿真培训系统的通信。①Java与变电站仿真培训系统的数据交换。例如操作箱中手动开关调和。首先经过设置初始条件，编写仿真程序：function rank=jxdfbcontrolping（DL），当中DL为虚拟操作箱中开关跳合状态；rank是一个矩阵。仿真程序对线路的常规运行状况进行模拟，同时获取功率、三相电流以及电压等值；其次把仿真程序代码转成cpp文件，添到已建立的VC工程ixdfbcontrolpingvc中，从而达到调用仿真程序的目的，然后定义一个公共的Java类jxdfbh，在此类里声明本地方法greet，达到调用名称为jxdfhbcontrolpingvc.dll的文件的目的。对jxdfbh.Java进行编译同时生成jxdfbh.h文件，同样添到已建立的VC工程ixdfbcontrolpingvc中，最后在jxdfbcontrolpingvc.dll文件调用的语句就能够达到Java对仿真程序调用的目的。②虚拟变电站对仿真程序的调用。将由Java的执行代码编译生成的pingcontrol.class文件内容嵌在描述虚拟变电站对仿真程序的调用。

6虚拟仿真系统的实现

虚拟变电站通过MATLAB虚拟现实工具箱中的VR Sink与VR Source子模块实现与“电力系统仿”模块的交互，其中VR Sink子模块负责将信号从“电力系统仿真”模块输出到虚拟变电站，VR Source子模块负责将信号从虚拟变电站输出到“电力系统仿真”模块。以虚拟控制屏为例，其仿真系统的结构如图3所示。其中的“电力系统仿真”模块含有“电源”、“断路器”及“分布参数线路”等子模块，且后者采用了分布参数稳态模型。

7结论

本文建立的虚拟变电站仿真培训系统十分直观形象，培训人员可直接动手操作而不会有危险。通过虚拟变电站与变电站仿真培训系统间的通信可实现用户与虚拟变电站的交互，很好的满足虚拟变电站实时仿真、实时动作的要求。该系统以普通PC机和Windows操作系统作为平台，故经济高效、容易掌握。实验证明，利用虚拟现实技术可以更有效的建立变电站仿真培训系统。变电站仿真系统是采用先进的建模工具、网络技术，全方位仿真变电站的各项功能，为上岗培训和岗位再培训提供了先进的科学手段。通过实验分析得出：本文建立的变电站仿真培训系统的仿真变电站结构可任意配置，可满足完全对实际变电站有针对性的培训要求；仿真过程更真实，本系统仿真过程中产生的信号与实际运行情况基本相同。学员在培训过程中观察到的故障现象及故障信息与现场实际完全一致，具有很强的实用性。

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虚拟仿真电子技术篇10

关键词：Multisim仿真 模拟电子技术 实验教学

中图分类号：TN710.2；TP391.9 文献标志码：A 文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00

1 EDA仿真软件简介

电子信息类课程常用的教学软件主要有Multisim、Altium Designer、Proteus、LabVIEW和Matlab等，其中Altium Designer主要用于电路板的设计，Proteus常用于单片机课程的仿真教学，LabVIEW主要用于虚拟仪器原理及仿真，Matlab侧重于算法开发和数据分析仿真，而Multisim则更加适用于电子电路的设计与仿真[1]。Multisim它将电路原理图、功能测试和仿真结果汇集到一个电路窗口，结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证，其电路设计、参数测量和波形显示等过程更加接近真实的电子实验室场景，同时具有界面直观、元器件种类多、仪器仪表齐全、参数修改方便、分析方法多样和实时交互仿真等优点，被称为虚拟的电子实验室[2]。

下面以美国国家仪器有限公司研发的最新版本电路模拟仿真软件NI Multisim13为例，通过对单管共射放大电路的仿真分析，阐述EDA仿真软件在模拟电子技术教学中的应用[3]。

2 EDA仿真在模拟电子技术教学中的应用

在Multisim仿真软件电路窗口搭建如如图1所示单管共射放大电路，其输入输出仿真波形如图2所示[4]。从图中可以看出放大电路输入信号和输出信号波形反相，说明共射极放大电路反相放大。

2.1 直流工作点仿真测试

测量放大器的直流工作点，应在的情况下进行，即将放大器输入端与地短接。直流工作点是否合适对放大器的性能和输出波形都有很大的影响，如工作点偏高，输出信号易产生饱和失真（削底），偏低则易产生截止失真（缩顶）。改变电路参数、、都会引起静态工作点的变化，通常多采用调节偏置电阻（电路中可调电阻）的方法来改变直流工作点。如需满足输出较大信号幅度的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。

在Multisim13仿真软件中可以直接选择菜单命令“仿真分析直流工作点分析”运行，电路直流工作点分析结果如图3所示。图中即为，即为，即为，根据设置的变量不同还可以仿真出其它的电压、电流参数。

2.2 电压放大倍数仿真测试

调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压，在输出电压不失真的情况下，用万用表测出放大器的输入电压和输出电压（带负载，即开关闭合），仿真结果如图4所示。

根据仿真结果可以计算出放大器的放大倍数为

2.3 输入电阻仿真测试

为了测量放大器的输入电阻，在放大器正常工作的情况下，用万用表测量信号源电压如图5所示，在仿真测量时应注意，由于电阻两端没有电路公共端接地点，所以测量两端电压必须分别测出和，然后用求得的值。根据输入电阻的定义可求得放大器的输入电阻

2.4 输出电阻仿真测试

在放大器正常工作条件下，必须保持接入前后输入信号的大小不变，测量输出端不接负载的空载输出电压（即开关打开），如图6所示，根据输出电阻的定义可求得放大器的输出电阻

2.5 频率特性仿真测试

放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数与输入信号频率之间的关系曲线。为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的倍，即所对应的频率分别称为下限频率和上限频率，则通频带。运用Multisim仿真测量的单管共射放大电路频率特性曲线如图7所示。

3 结语

利用Multisim13仿真软件应用于模拟电子技术课程教学，首先使用仿真软件中自带的丰富的元器件模型进行电路原理图设计和搭建，再利用其提供的各种虚拟仪器仪表对搭建的电路进行测试和仿真分析。虚拟Multisim仿真平台，如同置身于实验室情境，实现一机多用，解决了空间和时间的问题，弥补实验空间与设备的不足[5]。既可以把理论知识融入实验仿真整个过程，加深对理论知识的理解，又可以调动学生学习的积极性，增强动手实践能力、自主学习能力和问题探索的能力，从而更好地提高课堂教学效率，提升教学质量。

参考文献

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[2] 程秀英，侯卫周.基于Multisim的高频电子线路同步检波器的设计与仿真分析[J].实验技术与管理，2015，32（7）：116-119.

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