模擬仿真技術(shù)對(duì)電子電工實(shí)驗(yàn)的作用論文
摘要：在高職院校中，由于學(xué)生對(duì)相關(guān)設(shè)備認(rèn)識(shí)程度不足且動(dòng)手能力欠缺，使得電子電工實(shí)驗(yàn)的失敗情況時(shí)有發(fā)生，這樣對(duì)設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定的損害，學(xué)生的人身安全無(wú)法得到保障，而模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決上述問(wèn)題，為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)良好的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在確保實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的同時(shí)保證了學(xué)生的安全。本文對(duì)EWB做了簡(jiǎn)單介紹，從模擬仿真技術(shù)的特點(diǎn)出發(fā)，分析了模擬仿真技術(shù)在電子電工實(shí)驗(yàn)中的作用。
關(guān)鍵詞：模擬仿真技術(shù)；電子電工實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用
引言
電子電工專業(yè)是應(yīng)用性、實(shí)踐性比較強(qiáng)的專業(yè)，因此實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是必不可少的，同時(shí)對(duì)學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力、實(shí)踐操作能力、思維能力等都有著積極作用。但是在實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)失敗的情況時(shí)有發(fā)生，這種情況下，既增加了設(shè)備損害的幾率，又會(huì)對(duì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作學(xué)生的人身安全產(chǎn)生威脅，因此將模擬仿真技術(shù)應(yīng)用到電子電工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中就顯得尤為重要了，一方面它可以有效避免因?qū)嶒?yàn)失敗造成的儀器損壞等現(xiàn)象的發(fā)生，另一方面它還可以為學(xué)生提供真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，保護(hù)了學(xué)生的人身安全。
1EWB概述
EWB被稱為電子的“設(shè)計(jì)工作平臺(tái)”或“虛擬電子實(shí)驗(yàn)室”，由加拿大Interac-tiveimagetechnologiesesltd開發(fā)出來(lái)的，在安裝時(shí)對(duì)空間要求不高，大約占有15M。EWB集成設(shè)計(jì)環(huán)境較為全面，且整個(gè)用戶界面設(shè)計(jì)較為合理，它包含的虛擬電子設(shè)備和元器件都比較豐富，因此可以完成多類型的原理圖輸入。當(dāng)電源開關(guān)打開時(shí)，可以輸入電路的各種參數(shù)模擬；同時(shí)它還可以將示波器、電壓表、測(cè)電儀等儀器設(shè)備引入到電路中，方便對(duì)電路的觀察。EWB還包含了14種分析工具和4種掃描工具，這樣用戶可以通過(guò)設(shè)備直觀看到電路的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)它還可以對(duì)電路的靈敏度和穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，有效避免因電路不穩(wěn)定影響實(shí)驗(yàn)效果。此外，EWB還能為用戶提供元器件的精確尺寸和相關(guān)參數(shù)。
2模擬仿真技術(shù)特點(diǎn)介紹
由于模擬仿真技術(shù)是以實(shí)際實(shí)驗(yàn)環(huán)境為參考，以先進(jìn)的'網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為手段，將實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各因素建立在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)當(dāng)中的，因此具有以下突出特點(diǎn)：第一，具有檢驗(yàn)分析等特點(diǎn)。通常來(lái)講，學(xué)生在進(jìn)行電子電工實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，就必須依靠完整的電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，因此學(xué)生需要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，來(lái)對(duì)電路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)完成后，則可以通過(guò)模擬仿真技術(shù)，來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)完成的電路進(jìn)行檢驗(yàn)與分析，看其是否存在設(shè)計(jì)不合理等情況的存在，從根本上減少后期實(shí)驗(yàn)失敗情況的發(fā)生頻率。同時(shí)在對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢驗(yàn)與分析時(shí)，也可利用模擬仿真技術(shù)的上述特點(diǎn)，確保設(shè)計(jì)方案的可行性，為后期的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)奠定良好的基礎(chǔ)，從而有效減少因失敗造成的儀器損壞等問(wèn)題；第二，模擬仿真技術(shù)具有實(shí)驗(yàn)演示等特點(diǎn)。部分高職學(xué)校由于受自身實(shí)際情況的限制，因此會(huì)存在實(shí)驗(yàn)室使用緊張等情況的發(fā)生。在此背景下，利用模擬仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)演示等特點(diǎn)，學(xué)生就可以在虛擬環(huán)境中完成電子電工實(shí)驗(yàn)，有效緩解了高職院校資源欠缺的情況。另外，學(xué)生還可以利用此特點(diǎn)完成對(duì)下節(jié)所學(xué)課程內(nèi)容的預(yù)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)下節(jié)所學(xué)知識(shí)的印象，從而有效減少在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)事故的發(fā)生頻率。
3模擬仿真技術(shù)下的電子電工實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
對(duì)于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的電路，采取了以仿真軟件作為理論分析的主要工具，首先要輸入電路的實(shí)驗(yàn)信息。組件的參數(shù)輸入以之前設(shè)計(jì)好的參數(shù)進(jìn)行，通過(guò)軟件分析電路特性，如邏輯關(guān)系、傳輸特性，隨后進(jìn)行輸出和打印。使用合作對(duì)話、交換等方式，在確保電路處于最佳工作條件時(shí)，對(duì)元件進(jìn)行測(cè)試并確定其參數(shù)，再次進(jìn)行輸出和打印。例如，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可以以之前設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)為基礎(chǔ)，將計(jì)算機(jī)得出的電路測(cè)試情況與實(shí)際測(cè)量情況做比較，找出兩者之間的差異。然后改變現(xiàn)有參數(shù)，以仿真軟件為主要方式對(duì)其進(jìn)行再次分析。在這個(gè)過(guò)程中，電子電路的基本原理能夠得到更深層次的理解，對(duì)測(cè)試人員分析和解決問(wèn)題能力的提升也有一定的幫助。通過(guò)對(duì)上述方式的應(yīng)用，使理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得到了有效整合，對(duì)推動(dòng)知識(shí)的整體化與統(tǒng)一化有著重要意義。在EWB中，不僅可以對(duì)混合電路、數(shù)字電路進(jìn)行仿真，而且還能對(duì)仿真出的電路性能進(jìn)行分析。同時(shí)在設(shè)置分析方法時(shí)，應(yīng)靈活運(yùn)用Spice程序和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從而推動(dòng)元器件庫(kù)模型建立的完成。實(shí)驗(yàn)者要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行線路圖的設(shè)計(jì)，打開電源，這樣電路中的參數(shù)值就可以通過(guò)示波器直接反映出來(lái)，方便讀取。然后更換測(cè)繪儀器，對(duì)所得出數(shù)據(jù)進(jìn)行再一次的測(cè)量與分析，并將此次所得結(jié)果與上述結(jié)果進(jìn)行比較。如果兩者之間數(shù)據(jù)相差較大，那么應(yīng)繼續(xù)對(duì)輸入的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整與更正，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，再次進(jìn)行結(jié)果運(yùn)算與輸出，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。
4模擬仿真技術(shù)在電子電工實(shí)驗(yàn)中的作用
4.1對(duì)設(shè)備安全以及學(xué)生人身安全有一定的保障作用
在高職院校電子電工專業(yè)中，通常都會(huì)使用到電流、電壓等方面的知識(shí)，而想要提升學(xué)生對(duì)電子電工知識(shí)的掌握，那么就必須要求學(xué)生進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，使得自身理論知識(shí)得到有效鞏固。眾所周知，電流與電壓的使用不當(dāng)會(huì)造成多方面的危害，高強(qiáng)度電壓、電流甚至還會(huì)威脅人們的生命安全。如果在電子電工專業(yè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生在電流連接的過(guò)程中稍有失誤，造成電流連接部位錯(cuò)誤，那么就極容易發(fā)生線路短路的情況，或者引起火災(zāi)，嚴(yán)重威脅著學(xué)生們的生命安全。同時(shí)學(xué)生如果不注重自身操作的規(guī)范性，那么就會(huì)直接影響其最終的實(shí)驗(yàn)效果。例如針對(duì)邏輯電路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作的過(guò)程中，如果學(xué)生對(duì)芯片的安裝位置把握不準(zhǔn)確，將芯片放置在了錯(cuò)誤的位置，那么在接通電路后，芯片溫度就會(huì)急劇升高，從而導(dǎo)致芯片被燒毀。這種情況下，電路實(shí)驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)也會(huì)因芯片的燒毀而丟失，如果芯片燒毀嚴(yán)重，還會(huì)對(duì)整個(gè)操作設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞，導(dǎo)致其不能正常使用。而在電子電工實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用模擬仿真技術(shù)，主要是利用計(jì)算機(jī)中的EWB仿真軟件來(lái)完成實(shí)驗(yàn)仿真的[1]，這樣學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程以及平臺(tái)都是在這個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中來(lái)進(jìn)行的，這樣不僅有效避免了因操作不當(dāng)造成的儀器損害，而且對(duì)學(xué)生的人身安全還有保障作用。
4.2為實(shí)際實(shí)驗(yàn)中不能完成的實(shí)驗(yàn)提供了平臺(tái)
電子電工專業(yè)開設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，就是為了使學(xué)生能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)提高自身對(duì)不同電路以及各類電路故障表現(xiàn)形式的認(rèn)識(shí)。而想要對(duì)電路故障進(jìn)行分析，那么就必須以擁有完善的電路設(shè)施以及相應(yīng)元件為基礎(chǔ)。雖然這些實(shí)驗(yàn)從理論上來(lái)講是可以實(shí)現(xiàn)的，但是在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中卻無(wú)法完成，或難度較大。但是將模擬仿真技術(shù)應(yīng)用到電子電工中，則可以實(shí)現(xiàn)一些實(shí)際實(shí)驗(yàn)中無(wú)法完成的實(shí)驗(yàn)。具體來(lái)講，在EWB軟件系統(tǒng)中，根據(jù)其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后要對(duì)EWB軟件中的元器件數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
4.3有效改善傳統(tǒng)電子電工實(shí)驗(yàn)器件不足的情況
近年來(lái)，我國(guó)電子電工技術(shù)獲得了迅猛發(fā)展，因此，相關(guān)電子設(shè)備、元器件數(shù)量、相關(guān)型號(hào)也各有不同，并且不同元器件、不同型號(hào)的電子設(shè)備都有不同的應(yīng)用范圍。但是高職院校受自身環(huán)境以及實(shí)際情況的限制，因此在其校園內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)置方面，無(wú)法保證元器件、設(shè)備的全面性，而是挑選一些基本的來(lái)進(jìn)行有選擇性的購(gòu)買，因此學(xué)生接觸到的相關(guān)設(shè)備以及器件有限，相關(guān)實(shí)驗(yàn)也無(wú)法有效進(jìn)行。利用EWB仿真軟件可以對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行很好的解決，EWB仿真軟件中包含著豐富的元器件模型以及較為全面的電子設(shè)備，從而更好的為各類實(shí)驗(yàn)所服務(wù)。并且此軟件中還具有相關(guān)器件搜索功能，學(xué)生在使用過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際需求，來(lái)在此軟件中對(duì)所需要元器件進(jìn)行搜索。此外，模擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程相比，其在儀器功能方面也比傳統(tǒng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)中所使用的儀器功能更為全面，這樣在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，如果受到儀器設(shè)備等方面的限制導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，那么就可以利用模擬仿真技術(shù)，完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
5模擬仿真技術(shù)在電子電工實(shí)驗(yàn)中的具體應(yīng)用案例
日常生活中，我們常見的搶答器就是以模擬仿真技術(shù)為原型而制作的，當(dāng)一個(gè)人搶下?lián)尨鹌鏖_關(guān)后，其對(duì)應(yīng)的燈就會(huì)亮起。而進(jìn)行后續(xù)搶答時(shí)，最初摁下?lián)尨痖_關(guān)的人不需要一直保持摁燈狀態(tài)，并且不會(huì)影響后續(xù)搶答過(guò)程的進(jìn)行。在上述過(guò)程中，就是利用EWB查找電路設(shè)計(jì)元件的直接體現(xiàn)[3]。在查找相應(yīng)元件完成后，就可進(jìn)行后續(xù)的電路連接圖。電路連接圖在模擬仿真技術(shù)中有著至關(guān)重要的作用，因此要對(duì)電路連接給與高度重視，及時(shí)對(duì)連接不合理的電路進(jìn)行調(diào)整，然后利用模擬仿真技術(shù)來(lái)對(duì)搶答器的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。
6結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，本文主要對(duì)EWB和模擬仿真技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，闡述了模擬仿真技術(shù)下電子電工實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并提出了模擬仿真技術(shù)在電子電工實(shí)驗(yàn)中的作用。高職院校電子電工專業(yè)模擬仿真技術(shù)，不僅可以改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式，避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的一系列問(wèn)題，而且對(duì)保證學(xué)生安全，減少儀器損害等具有一定的積極意義。因此高職院校電子電工專業(yè)要對(duì)模擬仿真技術(shù)給與重視，并對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的運(yùn)用，從而有效提升電子電工專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作水平，使學(xué)生的理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作統(tǒng)一發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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