宋國杰四平職業(yè)大學(xué) 吉林四平 136002

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基于Proteus的模擬電子技術(shù)課程仿真教學(xué)

宋國杰
四平職業(yè)大學(xué) 吉林四平 136002

摘 要：模擬電子技術(shù)課程是電類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，針對在目前教學(xué)中存在的一些問題，將Proteus引入課程仿真教學(xué)，利用Proteus的強大功能完成理論教學(xué)。本文以晶體管放大電路等應(yīng)用為例，詳細(xì)介紹我校在模擬電子技術(shù)課程中的主要做法，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：模擬電子技術(shù)；Proteus；仿真教學(xué)

模擬電子技術(shù)是高職院校電類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是學(xué)生必須掌握的課程，學(xué)生對課程的掌握程度直接影響到后續(xù)課程的學(xué)習(xí)效果。模擬電子技術(shù)課程本身理論性強、內(nèi)容抽象、不易理解、與實際應(yīng)用聯(lián)系緊、計算量大，如何高質(zhì)量地完成這樣一門課的教學(xué)，對于學(xué)情特殊的高職院校教師來說，無疑是壓力巨大的。如果采用傳統(tǒng)的課程教學(xué)方法，即理論教學(xué)板書畫圖、復(fù)雜圖形課件輔助、實驗操作分立元件逐個搭建或集成箱直接測試，必然會造成理論課堂教師累夠嗆精神抖擻、學(xué)生閑夠嗆昏昏欲睡，實驗課堂照圖連線、沒有思考、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)、不會變通的現(xiàn)象，極大地影響了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為解決這些問題，我們在課堂教學(xué)中引入了仿真軟件，以仿真過程和結(jié)果真實展示元件、典型應(yīng)用電路的工作過程和數(shù)值測量，理論與實驗結(jié)合，吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了很好的效果。

目前有許多的仿真軟件如EWB，Proteus，Multisim，Spice等都能實現(xiàn)電路的仿真，我們選用Proteus是因為它既可以進行電路的仿真，也可以進行單片機的仿真，減小了學(xué)生的負(fù)擔(dān)，后續(xù)課程學(xué)習(xí)也能夠用得上，在延續(xù)性上有保證。如果選用其他軟件雖然可以完成本門課程的學(xué)習(xí)，增大了學(xué)生學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)，浪費了時間。

1 軟件介紹

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件，它是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是現(xiàn)今世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺。

Proteus提供30多個元件庫的仿真元器件資源，可提供數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件；有多樣的激勵源，包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號、單頻FM、數(shù)字時鐘和碼流等，還支持文件形式的信號輸入；有13種虛擬儀器，面板操作逼真，包括示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、交直流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計/計數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等；ProSPICE混合仿真可實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真；圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來。這些功能的優(yōu)勢，完全可以實現(xiàn)模擬電子技術(shù)課程的教學(xué)目標(biāo)的要求。

2 仿真教學(xué)的實施

在模擬電子技術(shù)教學(xué)過程中有許多的公式、原理，引入仿真前，教師多是在黑板上畫圖分析講解，學(xué)生都是靠死記硬背，對“為什么這樣？如何改變？”根本不能完全理解。許多問題稍稍改變一下，學(xué)生就答不上來。引入仿真軟件后，原來用語言不能很好描述的內(nèi)容可以直觀地通過曲線、數(shù)值、波形等方式表現(xiàn)出來，減少了枯燥的講解、推導(dǎo)，吸引了學(xué)生的注意力，加深了學(xué)生對課程內(nèi)容的理解。

模擬電子技術(shù)課程教學(xué)的主要內(nèi)容是二極管、三極管、場效應(yīng)管的工作原理及其典型電路的分析計算。對于學(xué)生來說，典型電路的分析計算是學(xué)習(xí)中的難點問題，也是學(xué)生最容易出現(xiàn)錯誤地部分。例如三極管的基本放大電路的學(xué)習(xí)，使用仿真之前教師是將三極管放大電路直接給出，經(jīng)過一系列分析歸納得出電路中靜態(tài)工作點、各點電流和電壓、放大倍數(shù)的計算方法等內(nèi)容，并重點強調(diào)靜態(tài)工作點的重要性。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程都是被動的、填鴨式的，不理解為什么靜態(tài)工作點必須要合適、靜態(tài)工作點為什么重要。將Proteus引入后，為什么靜態(tài)工作點要合適。我們首先給出基本放大電路樣例，利用軟件搭建典型電路并連接仿真實驗源和示波器，如圖1所示。通過不斷改變元件參數(shù)值，得出一系列輸出信號波形和電壓電流數(shù)據(jù)，如表1和圖2所示。表1中示波器輸入通道為10 mv檔，輸出通道為0.5 V檔。由圖2的8個波形可知，只有三極管外圍元件參數(shù)選擇合理，才能得到不失真且放大的波形，而表2中數(shù)據(jù)也說明了這個現(xiàn)象。由此，可以知道靜態(tài)工作點的確定實際上就是確定R1和R2的取值。那么如何確定這兩個電阻的阻值呢？每一型號的三極管其β值（電流放大系數(shù)）都是一個確定的數(shù)，且,假若需要電路中的電流是I=1.7 mA， 我們選用三B極 管C2N2222A，它的β=200，那么由可以得出IB，再經(jīng)由確定R2的值。要得到輸出電壓的最大動態(tài)范圍，靜態(tài)工作點應(yīng)該設(shè)置在交流負(fù)載線的中點，也就是說集電極靜態(tài)工作電壓則確定了R1和R2的取值，我們再通過公式就可以確定電路具體的放大倍數(shù)。通過這些仿真數(shù)據(jù)和波形，學(xué)生可以很好地理解靜態(tài)工作點的作用，晶體管外圍元件對靜態(tài)工作點和輸出信號的影響，這時學(xué)生再記錄公式就能很快地記憶下來。也能知道改變放大電路的放大能力、選擇合適的靜態(tài)工作點需要對電路做哪些改變。

模擬電子技術(shù)課程有大量的實踐操作內(nèi)容，以往我們采用分立元件搭建電路實踐和集成模塊連線實踐兩種形式，前一種形式對于比較簡單的實踐操作易于實現(xiàn)，但多數(shù)時間都用在了元件測試、連線上了，只能就實驗而實驗，不能考慮設(shè)計的問題且數(shù)據(jù)易受外界條件影響。后一種形式中電路都是已集成的，操作簡單，只需要簡單連線，數(shù)據(jù)容易測試，但無法進行元件的替換，學(xué)生很難搞懂電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不利于進行數(shù)據(jù)比較。利用Proteus仿真，就可以解決這樣的問題。學(xué)生可以根據(jù)需要設(shè)計電路，通過仿真結(jié)果不斷改變元件參數(shù)、信號源參數(shù)，不用擔(dān)心損壞元器件、電路連接不良、用電安全等問題，學(xué)生們可以不斷改變元件參數(shù)直至達(dá)到實驗功能要求。在仿真過程中，學(xué)生一直在不斷思考，每一次的改變都會有一個變化，有一個現(xiàn)象，像平時玩游戲一樣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，就不會覺得課程枯燥。

表1　改變元件參數(shù)后測得數(shù)據(jù)值

圖1　仿真電路

圖2　元件取不同值時輸入輸出波形

例如在多級放大電路操作中，由于引入仿真前學(xué)生從沒有做過二級以上放大電路的操作，且元件多、連線復(fù)雜，現(xiàn)在學(xué)生利用仿真軟件，自己連接電路，設(shè)計出了三級、四級放大電路，利用虛擬仿真示波器觀察各級輸出信號的變化，并根據(jù)仿真數(shù)據(jù)與理論計算值進行比較，驗證了總放大倍數(shù)等于各級放大倍數(shù)之積的結(jié)論。學(xué)生在實踐操作過程中不斷思考，改變參數(shù)值，無形中激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和再創(chuàng)造能力。

3 結(jié)束語

在模擬電子技術(shù)授課過程中使用仿真軟件，教師可以在課堂上根據(jù)內(nèi)容需要搭建電路，理論講解與電路驗證配合，分析過程與實際過程相似，有利于學(xué)生對知識的理解，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)興趣的提高，縮短了學(xué)生對理論理解的時間，減小學(xué)生理解的難度。學(xué)生在實際操作前通過仿真可以對可能出現(xiàn)的情況，進行預(yù)演練，這樣實際操作時就可以隨機應(yīng)變。

實踐證明，把仿真軟件應(yīng)用到課程的教學(xué)中，充分利用新的教學(xué)資源與手段，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課程的教學(xué)質(zhì)量。高職學(xué)校的教師，在教學(xué)中要結(jié)合企業(yè)與學(xué)生的實際，靈活運用多種教學(xué)資源，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠適應(yīng)企業(yè)和社會需求，最終實現(xiàn)零距離對接。

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Based on the Proteus Simulation Teaching of Analog Electronic Technology

Song Guojie
Siping Professional College, Siping, 136002, China

Abstract:Analog electronic technology course is a basic course of electrical engineering, For some of the problems that exist in the present teaching, introducing Proteus into the curriculum simulation teaching, using the powerful function of Proteus to complete the theory teaching. this paper takes transistor amplifier circuit and other applications as an example, detailed introduces the main methods in analog electronic technology course in our school, effectively inspire students' interesting, improve the teaching effect of the course.

Key words:analog electronic technology; Proteus; simulation teaching

作者簡介：宋國杰，碩士，副教授。

收稿日期：2015-08-12