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关于模拟电路类论文范文资料,与《模拟电路》课程的计算机仿真教学相关论文摘要

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摘 要:多媒体计算机已经普遍用于《模拟电路》课程进行教学,为了充分运用现代化教学工具,提出了将计算机技术仿真技术应用于课程教学的仿真教学法,并以单相全控整流电路为例介绍仿真教学过程.实践证明,计算机仿真教学丰富了教师的教学方法,激发了学生的兴趣,提高了课堂教学效率和质量,也有助于培养学生创新思维、解决实际问题的能力.

关 键 词:计算机仿真技术,模拟电路,仿真教学

引言

以计算机技术、多媒体技术等为主的现代教育技术在教育领域中得到广泛应用,多媒体计算机逐渐成为现代化的教学工具.为适应新的教学手段,在教学过程中,应不断改进、改革教学方式方法,同时还应让学生采用新的学习方式,才能培养出适应形式发展的开拓型人才.

1.计算机仿真技术介绍

计算机仿真技术是以多种学科和理论为基础,以计算机及其相应的软件为工具,通过虚拟试验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术.目前,计算机仿真技术已经在军事、制造、产品设计、科研、教育等领域得到了广泛的应用.

计算机仿真的实现分为三个大的步骤:模型的建立、模型的转换和模型的仿真实验.首先将研究对象的实质抽象出来形成用数学表达式表示的数学模型,再通过计算机处理数学模型,最后输出这些模型的相关数据,从而可以展现研究对象的某些特质.

实现模型转换这一过程,可以运用现在市场上已有的仿真软件.在教育和科研等领域,Matlab、Multisim7、Saber等都是常用的知名的虚拟仿真软件.Multisim是加拿大IIT公司推出的大型设计工具软件.它不仅提供原理图输入、应经描述语言模型输入的接口和较全面的仿真分析功能,同时提供了庞大的元器件模型库和丰富多样的虚拟仪器仪表,完全满足一般的模拟电路的分析、设计和仿真的需要.而Matlab是一种适用于工程应用各领域分析设计与复杂的科学计算软件,由美国Mathworks公司推出,它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言

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,着重针对科学计算、工程计算和绘图要求.MATLAB提供的动态仿真工具Simulink可以有效地对系统进行建模,由于仿真是交互式的,可以灵活改变仿真参数,并且可以立即得到修改参数后的仿真结果.

2.《模拟电路》课程仿真教学优势

2.1仿真教学有助于增强学生学习兴趣,提高学习效率

《模拟电路》课程是电子、电气、信息类专业的一门理论性、实践性均较强的专业基础课程,其教学效果的好坏、学生接受的程度,将直接影响后续各类相关专业课程的教学效果,在整个专业教学过程中有十分重要的地位.该课程具有概念多、内容多、元器件种类多、电路类型多、发展迅速、引入工程分析的观点等特点,并且内容比较抽象.而传统的教学方法是:首先在课堂上给学生介绍电路工作原理,然后进行定性分析和定量计算,得到电路相关特性的结论,最后引用例题加以论证.学生主要通过教师课堂板书及讲解获得知识,通过课后阅读、作业和试验加深对理论知识的理解.这种传统的教学方式,存在着以下的问题:一是只着重于传授理论知识,无法使学生感受到电路的真实性,也无法判断理论分析方案的正确性.二是理论分析通常都是一些繁琐的公式推导或抽象的立即分析,很难体现出电路实际工作过程,缺乏直观性和生动性.三是理论与实际脱节,学生对理论难以理解,甚至不能理解,产生模拟电路“难学、抽象,厌学”的思想,从而对学习失去兴趣.最终,在教与学的过程中,出现学生学习枯燥疲惫,教师教学费时费力,难以深入的现象.将仿真软件引入模拟电路教学,教师可以展示用库元器件搭建电路模型的全过程,在理论分析过后,利用软件进行仿真演示.这样就使学生加强了“感性认识”,消除了“抽象感”,增加了学习兴趣.仿真教学使课堂教学更加生动、直观,使模拟电路课程中一些基本理论和基本概念更加容易理解.


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2.2仿真教学有助于突破教学难点,提高教学质量

引入仿真教学法,有助于提高课堂教学质量.在《模拟电路》课堂教学过程中,对电路定性分析、定量计算是一个难点,很多学生都感觉很抽象,不能深刻理解电路原理和实际功能.如果教师将计算机仿真技术运用到电路或元件的分析中,在讲解电路原理的同时使用仿真软件模拟电路的运行过程和输出曲线,通过实时改变电路元件的参数输出一系列的仿真曲线,通过对比,可以使学生直观地看到各元件的作用,了解由于电路参数值的调整对电路性能改善的作用,促进学生对电路原理、功能、各元器件在电路中的作用等的充分认识,使学生更容易掌握所学的内容,从而提高课堂教学质量.

2.3计算机仿真辅助实践教学有助于培养学生创新能力,提高试验成功率

模拟电路课程实践教学目的是培养学生理论联系实际的能力,培养学生电子电路制作、分析和设计的能力,从而为进一步培养学生的工程实践素质和自主创新能力创造条件.如果在模拟电路实践教学中引入计算机仿真教学,对完成实践教学目的有重要作用.

传统的实验教学过程中教师首先要进行实验目的、任务、步骤的讲解,然后再由学生进行实际电路连接、调试、测试、验证、修改,如此反复多次,直至完成实验.这个过程中常常因为电路的电气或机械连接不可靠、元器件和仪器损坏等因素影响实验进程,学生为了查找这些故障忙的焦头烂额,甚至连实验最终目的是什么,得到什么样的实验结论都是一塌糊涂.实践证明,大部分验证性实验,可首先由教师做仿真演示,然后由学生在计算机上利用仿真软件搭建模型和仿真,可以有效提高实验成功率.做设计性实验时,先做电路设计和仿真,仿真成功后再利用所设计的电路进行实际电路制作、调试等工作,直到达到既定的设计目标.由于仿真软件可以方便地更换元器件或仪器、实时修正所设计的电路及调整相关参数,这样一来,设计的效率大大提高.计算机仿真辅助实践教学,不但提高了实验成功率,同时也拓展了学生的思维,开阔了眼界,有助于培养学生创新能力.

3.计算机仿真应用于课程教学

下面以单相桥式全控整流电路为例介绍Matlab在电源电路分析教学过程中的应用.单相桥式全控整流电路如图1所示,电路由交流电源u1、整流变压器T、晶闸管VT1-VT4、负载电阻R以及触发电路组成.在变压器二次电压u2的正半周触发晶闸管VT1和VT3,在u2的负半周触发晶闸管VT2和VT4,在负载上可得到方向不变的直流电,改变晶闸管的控制角可以调节输出直流电压和电流的大小.

教学过程中,教师首先建立一个仿真模型的新文件,然后提取电路元器件模块,连接电路模型图,完成的电路模型图如图1所示.合理设置仿真参数,其中电压变换部分直接用220V电源u2代替,晶闸管的控制角α等于300,仿真参数设置如图2所示.

电源u2的电压、负载两端的电压和通过负载的电流波形如图3所示,该电压和电流都是脉动的直流电,反映了电源的交流电经过整流器后成为了直流电,实现了整流.因为是电阻性负载,整流后的电压和电流波形相同,电压的幅值UM等于311V,电流的幅值IM等于15.5A,与计算结果IM等于UM/R相同.图5是晶闸管VT1两端的电压和通过的电流波形,通过晶闸管的电流仅是负载电流的一半,只有半个周期内有电流通过晶闸管,并且导通时两端电压为零,在4各晶闸管都不导通时(0.01~0.012S,0.02~0.022S)区间内,每个晶闸管承受u2/2电压,且晶闸管承受的最高反向电压为电压电压的峰值311V根据该电压可以选择晶闸管的额定参数.改动脉冲触发角可以观察整流器况.如果要研究电感性负载时整流器的工作情况,只要重新设置负载参数就可以了.

《模拟电路》课程的计算机仿真教学参考属性评定
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