电路仿真方法在实验教学中的应用
摘要：以电类教学中常用的绘图仿真软件PROTEL为例，结合在实验教学的实践特色，介绍一种在实验中应用计算机仿真进行数据校验及分析的教学方法。
关键词：PROTEL；实验教学；电路
在电类教学中，通常会配合教学进度进行相关的实验课程，但是实验的结果取决于实验设备和实验条件等多方面因素的综合影响，不准确的实验结果可能会使学生形成错误的认识。而借助多媒体教学和计算机辅助设计的综合实验教学的方法，可以发挥计算机仿真的数据结果不受实验环境影响的优势，在实验教学中引入电路仿真的方法可以快速得到实验参数及结果。这不仅可满足教学中对于实验观察和分析的要求，还可以培养学生的电路分析设计能力。
将计算机仿真引入实验教学，引导学生边讲边练边实践
通常的实验结果是随实验过程中的变化而改变的，存在不可预测的特性。例如晶体管三极管电路由于其参数的一致性差，实验中的数据可能会出现较大的偏差。采用计算机图形仿真与实验实测数据相结合的方法，不但可以检验误差的大小，还可以观察由于发生速度快而无法有效观察的瞬时电路参数。例如，电子电路里常用的三极管对称电路瞬态特性的分析实验。首先我们将常用的电子元器件符号转化为PROTEL软件所识别的图形符号，如图1所示。然后进行计算机电路瞬态特性分析。在实验电路中，RC时间常数为100kΩX20nF=2ms。测试要在屏幕上看到5个周期振荡方波，选择PROTEL软件中的Operating Point Analysis和 Transient/Fourier；要指定一个10ms的仿真窗口，将Transient Stop Time栏设为10m；要设置Transient Step Time栏为10μ，表示仿真可以每10μs显示一个点。在Maximum Step栏限制时间间隔大小的随机性，设置Transient Max Step Time为10μ。 将Use Transient Defaults选项设为无效，这样瞬态特性分析图形如图2所示。虽然通过普通的双踪示波器也可以观察频率为20MHz以下的周期性波形，但是实际过程中电路的参数受材料和器材的影响，不可能任意改变电路的基本参数。例如本实验中改变RC时间常数，采用计算机仿真后，仿真快速性的优势变得明显起来，不需要进行电子元件的替换就可以直接改变元件的参数值，在同样的时间里可以观察到更多的电路因参数影响而导致特性曲线的变化。采用计算机辅助分析的实验方法后，学生可以更改部分电路参数，从而改变电路输出特性，明确电路的变化趋势，对于理论课中的知识有了更加形象的感性认识，加深了对知识的理解。
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